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Globale Navigations-satellitensysteme - GNSS

4. Fehlerquellen, Erweiterungen und Verbesserungen

Inhaltsverzeichnis

4.1. Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung mit GNSS

Es gibt eine ganze Reihe von Faktoren, die Fehler in die Positionsbestimmung mit Navigationssatelliten einbringen. Da es unmöglich ist eine absolute Genauigkeit zu erzielen, kann nur versucht werden die Fehlerquellen zu lokalisieren und die Effekte zu minimieren. Grob lassen sich vier Bereiche von Fehlerquellen bestimmen: Fehler durch den Satelliten, atmosphärische Störungen, Mehrwegeempfang und Fehler durch den Empfänger.

Abb. 4.01: Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung
Abb. 4.01: Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung

4.1.1. Satellitenfehler

Ephemeriden

Durch Anomalien im Schwerefeld der Erde, durch Restatmosphäre und andere Faktoren ändern dich die Umlaufbahnen der Satelliten um die Erde. Diese Änderungen werden gemessen und regelmäßig in den Ephemeridendaten zum Satelliten hochgeladen. Aber zwischen den Intervallen der Updates schleichen sich wieder kleiner Fehler ein, der zu einem Positionsfehler von bis zu 2 Metern führen können.

Satellitenuhr

Wie schon zuvor beschrieben, kann sich ein Uhrenfehler von nur 1 ns als Positionsfehler von 30 cm auswirken. Obwohl die Atomuhren in den Satelliten hochgenau sind, können sich Gangungenauigkeiten von bis zu 1 ns pro drei Stunden kumulieren. Diese Fehler können durch die Schwerefelder von Sonne, Erde und Mond ausgelöst werden. Auch diese Fehler können vom Kontrollsegment gemessen werden. Die entsprechenden Korrekturwerte werden dann mit den Navigationsdaten vom Satelliten ausgestrahlt. Der GNSS-Receiver muss dann die Korrekturwerte von der gemessenen Laufzeit abziehen. Trotzdem können sich zwischen den Update-Intervallen Gangfehler ansammeln, die zu einem Positionsfehler von über einem Meter führen können.

4.1.2. Atmosphärische Fehler

Ionosphäre

Die Ionosphäre ist eine Schicht in der oberen Atmosphäre von ca. 50 bis 1000 km Höhe. Die Gasmoleküle in dieser Schicht werden tagsüber vom Sonnenlicht, Partikelstrahlung von der Sonne ("Sonnenwind") und der Weltraumstrahlung stark ionisiert. Dabei prägen sich vier Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit aus. Mit der Dämmerung lässt die Stärke der Ionisation nach, in der Nacht ist sie nahezu erloschen. Die Stärke der Ionisation ist abhängig von der geographischen Breite und der Jahreszeit.
Radiowellen breiten sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit aus. In der elektrisch leitfähigen Ionosphäre verringert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängig vom Grad der Ionisation, da die elektromagnetischen Wellen des Satellitensignals an den Übergängen der Schichten innerhalb der Ionosphäre und an der Grenzschicht zur Troposphäre abgelenkt werden (sog. Dispersion, sie Abb. 4.01). Daraus erfolgt eine längere Laufzeit der Satellitensignale.

Troposphäre

Die Troposphäre ist die unterste Schicht unserer Atmosphäre. Sie reicht bis etwa 15 km in die Höhe. In der Troposphäre spielt sich das gesamte Wettergeschehen ab. Die Dichte der Troposphäre nimmt nach oben hin ab. Die Erhöhung der Dichte und der Menge des Wasserdampfes in der Atmosphäre verringert die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls. Nur spielen in der Troposphäre auch lokale Faktoren wie Temperatur und Luftdruck eine Rolle. Der Troposphärenfehler kann deshalb nicht ganz kompensiert werden und erzeugt einen Positionsfehler von knapp einem Meter.

4.1.3. Mehrwegeempfang (Multipath Reception)

Funkwellen breiten sich im allgemeinen immer gradlinig aus. Treffen sie auf leitfähige oder mineralische Hindernisse werden sie reflektiert. Diese reflektierten Funkwellen können sich den direkt am Empfänger eintreffenden Funkwellen überlagern. Neben einer möglichen gegenseitigen Auslöschung kann aber auch die Zeitmarke des reflektierten Signals, das ja einen "Umweg" gemacht hat und eine längere Laufzeit hat, die Positionsbestimmung erschweren. Da es sehr schwer ist solche Fehler zu korrigieren, kann man sie nur durch die Wahl eines geeigneten Standorts und durch die Verwendung von Richtantennen, z.B. Choke-Antennen,  vermeiden.

4.1.4. Fehler durch den Empfänger

Fehler werden im Empfänger durch eine ganze Anzahl von Faktoren eingebracht. Neben dem Rauschen der Empfangsstufen und der Trägheit von Software wiegt die Ungenauigkeit der Empfängeruhr am meisten. Die Drift der internen Uhr kann bis zu einer Millisekunde pro Sekunde betragen. Um den Uhrenfehler zu erkennen, ist, wie im Kapitel 2 beschrieben, der Empfang von mindestens drei bzw. vier Satelliten notwendig.

4.1.5. Einfluss der Satellitengeometrie

Ein starker Faktor, der die Genauigkeit der Positionsbestimmung beeinflusst ist die Geometrie der Positionen der Satelliten zum Empfänger. Eine schlechte Geometrie ist, wenn die empfangenen Satelliten alle dicht beieinander stehen. Die Pseudoranges der Laufzeitmessung überschneiden sich dann in weiten Bereichen und die Berechnung der Kompensationswerte des Gangfehlers der Empfängeruhr wird ungenau. Der Fehler der Positionsbestimmung kann durch Summierung über 100 Meter betragen.

Die Qualität der Positionsmessung lässt sich praktisch durch das Volumen des von den verwendeten Satelliten umfassten Raums beschreiben (siehe Abb. 4.02). Je kleiner der umfasste Raum ist, desto geringer ist die Genauigkeit (Abb. 4.02 links). Je weiter die verwendeten Satelliten auseinanderstehen, desto höher ist das umfasste Volumen und damit die Genauigkeit (Abb. 4.02 rechts). In der Praxis hat sich ein Maß zur Bewertung der Genauigkeit durchgesetzt, der dem reziproken Wert des Volumen entspricht. Der sogenannte DOP- (Delution of Precision = Verminderung der Präzision) ist somit ein Maß für die konstellationsabhängige Ungenauigkeit. Je kleiner der DOP-Wert, desto größer ist die Positionsgenauigkeit. Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung differenzieren zu können (für ein Seefahrzeug ist z.B. die Höhenangabe weniger wichtig, es sei denn es ist gestrandet) wird unter mehreren DOP-Werten unterschieden.

Abb. 4.02: Einfluss der Satellitenpositionen auf den DOP-Wert
Abb. 4.02: Einfluss der Satellitenpositionen auf den DOP-Wert

Abhängig von der Art der Daten, die berechnet werden sollen, wird zwischen verschiedenen DOP-Werte unterschieden:

  • GDOP (Geometric Dilution of Precision): Gesamtgenauigkeit in den 3D-Koordinaten und der Zeit
  • PDOP (Positional Dilution of Precision): Positionsgenauigkeit in den 3D-Koordinaten
  • HDOP (Horizontal Dilution of Precision): Horizontalgenauigkeit -> 2D-Koordinaten = Kartenebene
  • VDOP (Vertical Dilution of Precision): Vertikalgenauigkeit (Höhe)
  • TDOP (Time Dilution of Precision): Genauigkeit der Zeitangabe

Zur Einschätzung einer Positionsbestimmung kann man annehmen, dass HDOP-Werte unter 4 gut und über 8 schlecht sind. Die HDOP Werte werden schlechter, wenn sich die verwendeten Satelliten nahe dem Zenit befinden. VDOP Werte werden schlechter, wenn sich die Satelliten nahe am Horizont befinden. PDOP Werte sind optimal, wenn sich ein Satellit im Zenit und mindestens drei weitere gleichmäßig am Horizont verteilt befinden. Für eine zuverlässige Positionsbestimmung sollte der GDOP-Wert nicht über 5 sein.
Zur Auswertung werden die PDOP-, HDOP- und VDOP- Werte im NMEA-Datensatz $GPGSA ausgegeben.

4.2. Verbesserungen der Messgenauigkeit von zivilen GNSS-Signalen

4.2.1. Zweifrequenzverfahren

Abb. 4.03: Zusammenhang zwischen PSR-Fehler, Ionisation und Frequenz
Abb. 4.03: Zusammenhang zwischen PSR-Fehler, Ionisation und Frequenz

Wie zuvor schon festgestellt wurde, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Satellitensignale durch die Dispersion in der Ionosphäre verringert. Die Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist nicht nur von der Stärke der Ionisation abhängig, sondern auch von der Frequenz des Signals. Da  zwischen der Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Frequenz  ein fester Zusammenhang besteht (1/f2) kann der Fehler durch den Vergleich von zwei Frequenzen berechnet und komplett kompensiert werden.  Militärische Zweifrequenzen-GPS-Empfänger verwenden hierzu die L1- und L2-Signale.

4.2.2.Differential-GPS

4.2.2.1. Differential-GPS mit Laufzeit- (C/A Code-) Messung

Um eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit zu erzielen, müssen die Ursachen der Fehler abgeschwächt werden. Eine mögliche Methode für zivile Anwendungen ist das Differential-GPS (DGPS). Das Grundprinzip bei DGPS ist es, zwei GPS-Empfänger nahe bei einander zu betreiben. Da die GNSS-Satelliten sehr weit von den Empfängern entfernt sind, sind die Empfangsbedingungen für beide Empfänger gleich und beide Empfänger sind den gleichen Fehlerquellen im exakt dem gleichen Maße ausgesetzt. Ist dabei bei einem Empfänger (Basisempfänger / Referenzempfänger / Referenzstation) die exakte Position bekannt, ist es möglich, die Abweichung (Differenz) zwischen dem tatsächlichen und dem gemessenen Pseudorange zu erkennen, die Fehler zu berechnen und Korrekturdaten zu erzeugen. Diese Korrekturdaten werden auf Anfrage an den Empfänger ("Rover"), dessen Position ungenau bestimmt ist, per Funk übermittelt. Da der Rover die Fehlergrößen dann kennt, kann er die eigene Messung mit den Korrekturdaten kompensieren und so seine exakte Position bestimmen.
Das Differential-GPS-Verfahren kann praktisch alle Fehlerquellen bis auf den Mehrwegeempfang und die Empfängerfehler weitestgehend neutralisieren. Diese verbliebenen Fehlerquellen unterscheiden sich von Empfänger zu Empfänger und sind nicht vorhersehbar.

Abb. 4.04: Prinzip Differential-GPS
Abb. 4.04: Prinzip Differential-GPS

Der Abstand zwischen Referenzstation und Rover wird als Basislinie bezeichnet. Je kürzer die Basislinie ist, desto ähnlicher sind sich die gemeinsamen Fehler  und desto genauer wird die Positionsmessung. In der Praxis werden Basisstrecken von wenigen Kilometern bis zu mehreren Hundert Kilometer eingesetzt.
Die Korrekturdaten, die die Referenzstation sendet, sind meist nach den Richtlinien RTCM SC 104 standardisiert. RTCM SC 104 wurde vom Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee 104, einer internationalen Vereinigung, entwickelt und Mitte der 1980er Jahre vorgestellt.  Aktuell sind die Versionen RTCM Recommended Standards for Differential GNSS Service Version 2.3 (RTCM 10402.3) und Version 3 (RTCM 1043.1).

4.2.2.2. Differential-GPS mit Trägerphasenmessung

Die Trägerphasenmessung mit DGPS hat die Vermessungstechnik in den letzten Jahren revolutioniert. Ohne die Verwendung des militärischen P(Y)-Codes ist so eine Positionsbestimmung bis in Größenordnungen von wenigen Millimetern möglich. Das Verfahren setzt auf das DGPS auf. Die Basislinie zwischen Referenzstation und Rover  ist auf ca. 30 km begrenzt.

Abb. 4.05: Prinzip DGPS mit Trägerphasenmessung
Abb. 4.05: Prinzip DGPS mit Trägerphasenmessung

Das Besondere am DGPS mit Trägerphasen-Messung ist, dass keine zusätzlichen vom Satelliten ausgestrahlten Informationen benötigt werden und ausschließlich zivile Signale verwendet werden können.
Das Grundprinzip des Verfahren ist, zuerst die Anzahl der vollständigen Schwingungszyklen der Trägerfrequenz des GPS-Signals zwischen GPS-Satelliten und dem Rover zu bestimmen. Ein Schwingungszyklus des Trägers im L1-Band hat eine Frequenz von 1575,42 MHz, was einer Wellenlänge λ von ca. 19 cm entspricht. Anschließend wird die Phasenlage des letzten unvollständigen Schwingungszyklus gemessen. Ist die Anzahl N der ganzen Zyklen bekannt, kann die Entfernung zum Satelliten auf 19 cm genau gestimmt werden. Kann dann die Phase des unvollständigen Zyklus, z.B. auf ein Grad genau, gemessen werden, steigt die Genauigkeit der Entfernungsmessung auf 0,52 mm.
Dieses Prinzip in die Praxis umzusetzen ist nicht einfach, denn die Trägerfrequenz des Satellitensignals hat keine Markierungen anhand derer man die Anzahl der Zyklen einfach unterscheiden oder auszählen kann (Ambiguität = Mehrdeutigkeit). Zudem bewegen sich die Satelliten und die Anzahl der Zyklen ändert sich durch die Änderung der Entfernung ständig. Abhilfe schafft hier eine Beobachtung von mehreren Satelliten zu verschiedenen Zeiten und der ständige Vergleich der Messungen zwischen Referenzstation und Rover. Nach dem Lösen von komplexen Gleichungssystemen kann dann die Position des Rovers auf wenige Millimeter genau bestimmt werden.

4.2.2.3. Postprocessing-DGPS

Neben den in Echtzeit arbeitenden Verfahren (RTCM und RTCA) ist es auch möglich offline die Positionsbestimmungen zu optimieren. Zu diesem Zweck werden die Korrekturdaten auf einem Datenträger gespeichert. So können z.B. Daten aus einer bereits  ohne DGPS erfolgten Vermessung nachträglich korrigiert werden. Die Korrekturwerte müssen bei diesem Postprocessing-DGPS natürlich zum Zeitpunkt und dem Gebiet der zu verarbeitenden Vermessungsdaten passen. Die erreichbaren Genauigkeiten hängen im Wesentlichen davon ab, welches Verfahren bei der Erzeugung der Korrekturdaten verwendet wurde. Auch beim Postprocessing-GPS sind Genauigkeiten in Millimetergröße möglich

4.3. Satellitengestützte Erweiterungssysteme (SBAS)

Satellitengestützte Erweiterungssysteme (SBAS =Satellite Based Augmentation System) erweitern und verbessern bestehende Navigationssysteme wie GPS und Galileo indem sie zusätzliche Differentialkorrekturdaten und Integritätsinformationen von geostationären Satelliten ausstrahlen. Dieses erhöht die Genauigkeit der Positionsbestimmung und der Zuverlässig des Navigationssystems. Das Grundprinzip der Funktion von SBAS beruht auf Differential-GPS. Die Grundstruktur eines solchen Systems besteht aus einem kontinentalen Netz von Bodenmessstationen (RIMS = Ranging and Integrity Monitor Station), die das GPS/Galileo-Signal überwachen und ihre Daten an ein  Systemkontrollzentrum schicken. Dort werden die Daten von den RIMS ausgewertet und Korrekturwerte errechnet. Zusammen mit Informationen über den Zustand des SBAS und des Navigationssystems werden die Daten über Bodenfunkstationen den geostationären Satelliten zugespielt. Eingebettet in den GPS/Galileo-Frequenzbereich können sie dann vom Benutzer (Rover) mit dem normalen GPS/Galileo-Navigationsgerät empfangen werden. Ist im Empfänger eine entsprechende Software implementiert, werden die SBAS-Daten ohne zusätzliche Hardware aus dem Satellitensignal zurückgewonnen.
Wie bei den Satellitennavigationssystemen stellen die SBAS verschiedene Dienste zur Verfügung. Auch hier unterscheidet man zwischen freien öffentlichen und kostenpflichtigen kommerziellen Diensten.

Abb. 4.06: SBAS Ausbreitungsgebiete und Footprints der EGNOS geostationären Satelliten
Abb. 4.06: SBAS Ausbreitungsgebiete und Footprints der EGNOS geostationären Satelliten [1]

Zur Zeit (April 2015) existieren neben mehreren proprietären und kommerziell betrieben SBASs vier aktive staatliche SBASs: das US-amerikanische WAAS (Wide Area Augmentation System), das europäische EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), das russische SDCM und das japanische MSAS (Multifunctional Satellite based Augmentation System). Zwei weitere SBASs, GAGAN/Indien und BeiDou/China werden zur Zeit eingerichtet. EGNOS soll in der Zukunft auf die afrikanischen Länder erweitert werden, da die von EGNOS verwendeten geostationären Satelliten mit ihrem Footprint auch den afrikanischen Kontinent abdecken.
Da SBAS auch bei Landeanflügen auf Flughäfen eingesetzt werden, sind alle staatlichen SBAS zueinander kompatibel und interoperabel. 

4.3.1. WAAS (Wide Area Augmentation System)

Das  US-amerikanische WAAS wurde vom US-Verkehrsministerium und der Luftfahrtbehörde FAA entwickelt. Es wurde im Juli 2003 für die Luftnavigation freigegeben. 2008 wurde WAAS als Instrumentenlandeverfahren der Kategorie 1 (APV-I, Approach Procedures with Vertical guidance) zugelassen. Die für die Kategorien 2 und 3 ("Blindlandeanflug") konnte WAAS sich aufgrund der unzureichenden Genauigkeit (7,6 m x 7,6 m) bislang nicht qualifizieren.

Abb. 4.07: Ausbreitungsgebiet WAAS-Bodensegment
Abb. 4.07: Ausbreitungsgebiet WAAS-Bodensegment [1]

Das Weltraumsegment von WAAS besteht aus drei geostationären Satelliten (Inmarsat 4F3 auf 98° W, Galaxy 15 auf 133°W, Anik F1R auf 107,3°W). In der Hemisphäre von Nordamerika (USA Festland, Hawaii, Puerto Rico, Alaska, Kanada) sind 38 Großraum-Referenzstationen (Wide Area Reference Station (WRS)) installiert. Jedes WRS ist mit drei Großraum-Referenzgerätesätzen (Wide-area Reference Equipment (WRE)) ausgestattet. Jeder WRE besteht aus einem Zweifrequenz- (L1 und L2) WAAS-Empfänger, einer Cäsium-Uhr und einem Datensammelprozessor.
Der Datensammelprozessor sammelt und paketiert die Satellitendaten und reicht sie über ein eigenes, redundantes Netzwerk (Terrestrial Communications Network (TCN)) an die Großraum-Hauptstationen (Wide-area Master Station (WMS)) weiter.

Abb. 4.08: Funktionsweise WAAS
Abb. 4.08: Funktionsweise WAAS

Es gibt drei WMSs. Alle können die WAAS Korrektur- und Integritätsfunktionen übernehmen. In jedem WMS gibt es ein Korrektur- und Verifikationssubsystem (C&V). Die Satellitendaten von allen WRE laufen in das C&V-Subsystem. Dieses besteht aus zwei Korrektur-Prozessoren (CP1 und CP2) und einem Sicherheitscomputer (SC), der wiederum aus zwei Sicherheitsprozessoren (SPs) und einem Hardware-Komparator besteht. Jeder Sicherheitsprozessor berechnet aus den WRE-Daten Korrekturwerte für Uhren und Ephemeriden. Der Sicherheitscomputer berechnet die Ionosphären-Korrekturdaten und überwacht dabei ständig die Datenintegrität. Die Daten werden anschließend an die Bodenkontrollstationen geschickt. Von den Bodenstationen werden die Daten in einem Signalgenerator formatiert und auf zwei Frequenzen im C-Band an die geostationären Satelliten des Systems gefunkt. Frequenzumsetzer in den Satelliten transponieren das Signal in das L1-Band.

4.3.2. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service)

EGNOS ist das dem WAAS entsprechende europäische System. Es wurde von der Europäischen Union, der ESA und EUROCONTROL entwickelt. Das erste Signal wurde 2006 abgestrahlt. Der Regelbetrieb für die allgemeinen Dienste wurde am 1. Oktober 2008 freigegeben. Die offizielle Freigabe für das SoL- (Safety of Life = Integritätssignal) Signal erfolgte im März 2011.
Das Weltraumsegment von EGNOS besteht im Mai 2001 aus drei geostationären Satelliten (Inmarsat AOR-E auf 15,5°W, ARTEMIS auf 21,5°O, Inmarsat IOR-W auf 25,0°O), die ganz Europa und den afrikanischen Kontinent ausleuchten. Ab Herbst 2011 kommt als vierter Satellit Astra 4 B auf Position 5,0°O hinzu, der mit seinem Süd-Beam vorzugsweise die Gebiete südlich der Sahara ausleuchtet.
Das europäische Bodensegment von EGNOS besteht im Endausbau aus etwa 40 RIMS, die die GPS/Galileo-Signale überwachen, vier Hauptkontrollzentren, die Daten aufbereiten und den Betrieb der Satelliten überwachen und fünf Bodenkontrollstationen, die die Daten zu den geostationären Satelliten überspielen.

Abb. 4.09: Ausbreitungsgebiet EGNOS-Bodensegment
Abb. 4.09: Ausbreitungsgebiet EGNOS-Bodensegment [1]

Die Bodenstationen Aussagel bei Toulouse und Swanwick in Südengland versorgen den INMARSAT AOR-E, Torrejon und und Cantania versorgen Artemis und Fucino mit Swanwick INMARSAT IOR-W.

 

4.3.3 SDCM (System of Differential Correction and Monitoring)

Abb. 4.10: SDCM-Referenzstation der Novolazarevskaya-Station (Antarktis)
4.10: SDCM-Referenzstation der Novolazarevskaya-Station (Antarktis) [4]

Das russische SBAS nutzt einen großen Teil des GLONASS Bodensegments. 19 Referenzstationen befinden sich auf russischem Hoheitsgebiet, je eine in der Ukraine, in Kasachstan und in Brasilien und drei in der Antarktis. Die Zentrale zum Monitoring globalen Referenzstationen befindet sich bei Schelkovo in der Nähe Moskaus.

Die Abstrahlung der Korrekturdaten erfolgt durch die drei geostationäre Relais-Satelliten Luch-4, Luch-5A und Luch-5B.

Abb. 4.11: Ausbreitungsgebiet des SDCM-Bodensegments
Abb. 4.11: Ausbreitungsgebiet des SDCM-Bodensegments [1]

4.4. Terrestrische Differential-GPS-Dienste

Um DGPS flächendeckend einsetzen zu können sind mehrere Netze (Augmentation Systems) von Referenzstationen mit entsprechenden Datenverteil-Einrichtungen eingerichtet worden. Je nach Anwendung ist die Dichte des Netzes der Referenzstationen mehr oder weniger hoch. Die "Lieferung" der Korrekturdaten wird von den Netzbetreibern meist  als kostenpflichtige Dienstleistung angeboten.
Die Bereitstellung der Daten kann per Funk in jeglicher Form (Langwelle, UKW, Satellit, GPRS, GSM, UTM...) erfolgen oder auch per Internet.
Die erreichbare Genauigkeit von DGPS mit Code-Messung beträgt bis zu einem Meter, mit Trägerphasenmessung bis in den Millimeterbereich. Die Korrekturdaten werden in kurzen Intervallen (1 Sekunde) erzeugt und stehen damit in Quasi-Echtzeit zur Verfügung. Daher bezeichnet man solche Verbunde auch als Netzwerk- RTK (- Real Time Kinetik). 

4.4.1. Staatliche Dienste: SAPOS (Satellite Positioning Service)

SAPOS (Satelliten Positioning Service) ist ein Satellitenpositionierungsdienst der staatlichen deutschen Landesvermessung. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV).

Abb. 4.12: SAPOS Referenzstationen (Quelle: SAPOS)
Abb. 4.12: SAPOS Referenzstationen [2]
Abb. 4.13: SAPOS Referenzstation auf dem Dach des niedersächsischen Landesvermessungsamt in Hannover
Abb. 4.13: SAPOS Referenzstation auf dem Dach des niedersächsischen Landesvermessungsamt in Hannover [3]

SAPOS stellt Korrekturdaten für die GPS- und GLONASS-Navigationssysteme zur Verfügung. Die Korrekturdaten werden aus einem eigenen, ständig betriebenen, Netzwerk von über 270 über ganz Deutschland verteilten GNSS-Referenzstationen generiert. So wird deutschlandweit eine hochpräzise Positionsbestimmung ermöglicht. Der SAPOS-Dienst ist gebührenpflichtig und wird von den einzelnen Bundesländern angeboten und abgerechnet.
Die SAPOS-Korrekturdaten werden in drei unterschiedlichen Genauigkeiten zur Verfügung gestellt:

EPS (Echtzeitpositionierungs-Service)

Der EPS-Dienst ermöglicht das Messen in Echtzeit, d.h. Ergebnisse der Positionsmessung stehen unmittelbar während der Messung vor Ort zur Verfügung.
Genauigkeit: 0,5-3 m Lage, 1-5 m Höhe
Übertragungsmedium für die Korrekturdaten: Ntrip (mobiles Internet - GPRS, UMTS)
Einsatzbereiche: Fahrzeugnavigation, Verkehrsleitsysteme, Flottenleitsysteme, Betriebsleitsysteme, Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, Geoinformationssysteme, Land- und Forstwirtschaft, Umweltschutz, Wasserwirtschaft

HEPS  (Hochpräziser Echtzeit Positionierungs-Service)

Der HEPS-Dienst ermöglicht das Messen in Echtzeit, d.h. Ergebnisse der Positionsmessung stehen unmittelbar während der Messung vor Ort zur Verfügung.
Genauigkeit: 1-2 cm Lage, 2-5 cm Höhe
Übertragungsmedium für die Korrekturdaten: Ntrip (mobiles Internet - GPRS, UMTS), GSM (Mobiltelefon)
Einsatzbereiche: Liegenschafts- und Ingenieurvermessungen, Höhenbeschickung auf Flüssen und Seen, Erfassen von präzisen 3D-Profilen auf Peilschiffen und Nassbaggern, Dokumentation von Leitungsnetzen (Gas, Strom, Öl, Telekommunikation), Erfassung und Fortführung von Geoinformationen in Geografischen Informationssystemen (GIS), Vermessungen von Baustellen, Straßen- und Schienenbaumaßnahmen, Bergwerktagebau, Böschungsüberwachung

GPPS (Geodätischer Postprocessing Positionierungs-Service)

Der GPPS-Dienst arbeitet im Postprocessing, d.h. die Ergebnisse der Messungen stehen erst im Zuge der Nachbereitung im Büro zur Verfügung.
Genauigkeit: ≤ 1 cm Lage, 1-2 cm Höhe
Übertragungsmedium für die Korrekturdaten: Internet (Webserver)
Einsatzbereiche: Luftbild- und Laserbefliegung, Grundlagen- und Katastervermessung, Bauwerksüberwachungen, Flurbereinigung

Die EPS und HEPS-Dienste wurden bis vor Kurzem auch über UKW-Radio im RDS übertragen und lokal an manchen Standorten im 2-m-Funk. Durch die starke Verbreitung und die flächendeckende Netzabdeckung von GSM wurden diese Dienste eingestellt.

4.4.2. Private Terrestrische Differential-GPS-Dienste

Neben dem staatlich betriebenen Korrekturdienst SAPOS betreiben mehrere private Unternehmen ähnliche Referenzstations-Netze und bieten ihre Dienste ( z.B. Trimble VRS Now mit ca. 160 eigenen Referenzstationen oder Leica SmartNet in Kooperation mit SAPOS) an. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Korrekturdaten ist bei allen Anbietern etwa gleich. Unterschiede gibt es hauptsächlich in der Tarifstruktur und der Abrechnungsweise.

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Hintergrund Weltkarten; Lizenz: Public Domain; Quelle: University of Texas in Austin/Central Intelligence Agency

[2] Karte SAPOS GNSS-Referenzstationen: Niedersächsisches Landesvermessungsamt http://www.lgn.niedersachsen.de/portal/live.php

[3] Foto "Abb. 4.11: SAPOS Referenzstation ..." Quelle: Niedersächsisches Landesvermessungsamt

[4] Foto "4.10: SDCM-Referenzstation der Novolazarevskaya-Station"
Quelle: https://www.glonass-iac.ru/aboutIAC/GLONASS_Update_ICG6.pdf

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