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Globale Navigations-satellitensysteme - GNSS

Inhaltsverzeichnis

5. Anwendungen der GNSS

5.1. Militärische Navigation

War GPS in der Anfangszeit der militärischen Anwendung meist als Navigationsmittel für Luft- Wasser- und Bodenfahrzeuge eingesetzt, haben sich durch Miniaturisierung und Fortschritte in der Technologie viele neue Anwendungsgebiete erschlossen. Militärische GPS-Empfänger zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie 2-Frequenzempfänger (für L1 und L2) sind und dass sie den P(Y)-Code verwenden können. Dieses erlaubt eine Positionsbestimmung ohne zusätzliche Hilfsmittel bis auf einige wenige Meter.

Abb. 5.01: Cruise Missile (Tomahawk) der US-Navy
Abb. 5.01: Cruise Missile (Tomahawk) der US-Navy [1]
Abb. 5.02: GPS-gelenktes 155-mm-Artilleriegeschoss M982 Excalibur
Abb. 5.02: GPS-gelenktes 155-mm-Artilleriegeschoss M982 Excalibur [2]
Abb. 5.03: Militärischer GPS-Empfänger (DAGR)
Abb. 5.03: Militärischer GPS-Empfänger (DAGR) [3]

Neben dem Einsatz in Lenkwaffen wie den Cruise Missiles und Raketen erlauben eingebettete GPS-Empfänger auch die Steuerung von präzisionsgesteuerten Artilleriegeschossen wie der von Haubitzen verschossenen M982 Excalibur. Beim Abschuss hat die Steuerelektronik Beschleunigungen bis zu 12.000 g zu widerstehen. Das ca. 48 kg schwere Geschoss hat eine Reichweite von etwa 50 km mit einer Treffgenauigkeit von 5 bis 10 Metern. Stückpreis: ca. 50.000 US$.
Handgehaltene GPS-Empfänger wie der DAGR (Defense Advanced GPS Receiver) ermöglichen es Soldaten ihre Ziele, sogar im Dunkeln und in unbekanntem Gelände, exakt zu finden. Angeschlossene Trackingsysteme erlauben es Truppen und Material zu koordinieren.
Zielerfassungssysteme, wie z.B. die Zielkameras der Bordkanonen von AH-1 Cobra Kampfhubschrauber,  erfassen und melden die GPS-Position eines Ziels. So können sofort Lenkwaffen ins Ziel gesteuert werden oder aber nachträglich die Wirksamkeit von Aktionen anhand von Aufklärungsbildern überprüft werden.
Letztlich können auch abgeschossene Piloten oder versprengte Einheiten über GPS lokalisiert und gerettet werden.
Einige Daten des DAGR:

  • Grafische Bedieneroberfläche mit der Möglichkeit Karten darzustellen
  • 12-Kanal Satellitenverfolgung
  • Gleichzeitiger Empfang von L1 und L2
  • Dadurch können die Effekte in der Ionosphäre kompensiert werden.
  • Erfassung des militärischen P(Y)-Codes
  • Kaltstart in weniger als 100 Sekunden
  • Warmstart in weniger als 22 Sekunden
  • Erhöhte Festigung gegen Störsignale (Jamming)
  • Überwachung der Signalintegrität (Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM))
  • Selective Availability/Anti-Spoofing Module (SAASM)
  • Kompatibel zu Wide Area GPS Enhancement (WAGE)
  • Kann über Schnittstellen mit Waffensystemen verbunden werden.
  • Gewicht: 430 Gramm
  • Abmessungen: 16,3 x 8,9 x 4 cm
  • Kosten per Stück: $1,832

5.2. Zivile Navigation

5.2.1. Allgemeine Verkehrsnavigation

Abb. 5.04: Kfz-Navigation
Abb. 5.04: Kfz-Navigation

Waren früher der ADAC- oder Shell-Straßenatlas der unverzichtbare Reisbegleiter eines Autofahrers, nimmt jetzt ein Autonavigationsgerät die Position des Kopiloten ein. Wie bei einem Autopilot kann man dem "Navi" eine Route oder ein Ziel vorgeben und er berechnet den optimalen Weg. Unter Zuhilfenahme von Verkehrsfunkdiensten wie TMC oder TMCpro können Staus umfahren werden und vor Verkehrsbeeinträchtigungen oder Gefahren gewarnt werden. Diese heute fast in jedem Auto befindlichen Helfer konnten erst zum Einsatz kommen, als das US-Militär die das zivile GPS künstlich verschlechternde SA-Funktion (Selective Availability) im Jahr 2000 permanent abschalteten. Nur  mit einer ausreichenden Genauigkeit von einigen Metern lassen sich GPS-gesteuerte Fahrerleitsysteme  realisieren.
Ein weiterer wichtiger Faktor in der GPS-Straßennavigation sind die digitalen Karten. Die Vermessung von vielen Millionen Kilometern Straßen auf dem Globus wird von staatlichen Stellen und privaten Firmen mit hohen technischen Aufwand realisiert. Die Erstellung von neuen Karten und die Aktualisierung bestehender ist ein aufwendiger Prozess, der von den Nutzern gezahlt werden muss um aktuell zu bleiben.

5.2.2. Landwirtschaft

Abb. 5.05: Mobile DGPS-Referenzstation und Rover
Abb. 5.05: Mobile DGPS-Referenzstation und Rover [4]

Auch in der Landwirtschaft hat GNSS einschneidende Auswirkungen gezeigt. Satellitennavigation verhilft hier zur Schonung von Ressourcen, dem Schutz der Natur und natürlich auch die Steigerung von Nutzen und Ertrag. Um den vollen Vorteil von GNSS nutzen zu können, ist eine hochgenaue Positionsmessung im Zentimeterbereich notwendig. Die hochgenauen GPS-Korrekturdaten im Sekundentakt können per Abonnement von einem Referenzierungsdienst bezogen werden (Kosten ca. 800€ pro Jahr), können aber auch, weil keine Anbindung an ein Vermessungsnetz notwendig ist, auch von mobilen Referenzstationen erzeugt werden. Mobile Referenzstationen sind GPS-Zweifrequenzempfänger, die zusätzlich eine Trägerphasenmessung durchführen. Per Funk werden die Korrekturdaten an die Landmaschinen, z.B. Mähdrescher, übertragen. Der GPS-Empfänger in der Landmaschine ist über ein Servosystem mit dem Antrieb und der Lenkung verbunden. Hat der Fahrer beispielsweise den gewünschten Erntebereich in die GPS-Steuerung eingegeben, fährt der Mähdrescher automatisch und über Differential-GPS gesteuert seine Bahnen. Der Fahrer, befreit von der anstrengenden Aufgabe des Spurhaltens, kann sich nun voll auf die Überwachung der Maschine, korrekten Einstellungen der Erntewerkzeuge und auf Hindernisse konzentrieren. Die Spur des Erntegeräts wird auf zwei Zentimeter genau geführt. Von Hand gesteuert sind nur 30-40 cm möglich. Bei größeren Erntebereichen können so etliche Züge eingespart werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen durch weniger verbrauchten Treibstoff und kürzere Betriebszeiten führt.

Nicht zu unterschätzen ist auch der Nutzen einer DGPS-Steuerung auf den Faktor Mensch. Kaum ein Landwirtschaftbetrieb kann sich heute noch eigene Säh- oder Erntemaschinen und das mit den Geräten erfahrene Personal leisten. Diese Arbeiten werden zumeist an Lohnarbeitsunternehmen vergeben. Besondere bei den saisonalen Säh- und Erntekampanien werden die Fahrer bis an ihre körperliche und seelischen Grenzen belastet, da ein straffer Zeitplan einzuhalten ist und innerhalb kürzester Zeit das Saat- oder Pflanzgut ausgebracht, bzw. die Ernte eingebracht, werden muss. Eine DGPS-Steuerung entlastet die Fahrer vom monotonen Spurfahren, verbessert dadurch die Aufmerksamkeit  und vermindert so auch das Unfallrisiko.

Abb. 5.06: Display Claas GPS-Pilot
Abb. 5.06: Display Claas GPS-Pilot [5]

Nicht nur beim Sähen und Ernten hat sich DGPS bewährt. Es kann auch zur korrekten, also auch schonenden Düngung von Ackerflächen beitragen. Voraussetzung hierzu ist dass der Ertrag einer Anbaufläche beim Abernten mittels Fruchtzähler oder bei Getreide mit Durchflussmessung ständig überwacht und mit den GPS-Ortsdaten verknüpft gespeichert werden. Eine weitere Möglichkeit ist, mit GPS verortete Bodenproben zu entnehmen und untersuchen zu lassen.
Nach dem Erstellen eines Düngeplans wird das Düngemittel mit einem über DGPS-gesteuerten Fahrzeug ausgebracht. Die Überschneidung der Züge beträgt wiederum nur etwa zwei Zentimeter. Die Dosierung des Düngemittels wird positionsbezogen über GPS gesteuert nach dem Düngeplan vorgenommen. Eine Überdüngung oder eine Unterversorgung einer Nutzungsfläche ist so ausgeschlossen.

5.2.3. Freizeit und Sport

Abb. 5.07: GPS-Logger
Abb. 5.07: GPS-Logger

GPS-Geräte haben mittlerweile auch in den Freizeit- und Sportbereich Einzug gehalten. Die Anwendungspalette reicht dabei von der Orientierung beim Trekking in fremden Gebieten  bis zur Kontrolle der zurückgelegten Strecke von Langstreckenläufern oder Cross Bike-Fahrern bei Wettbewerben.
Meist werden für solche Zwecke GPS-Logger eingesetzt. Diese Geräte haben als Bedienungselement lediglich einen Ein- und Ausschalter und eine mehrfarbige LED als Betriebsartenanzeige. Schaltet man einen GPS-Logger ein, stellt er mit seinem GPS-Empfänger seine Position fest und schreibt sie in seinen nichtflüchtigen (Flash RAM-) Speicher. Entsprechend der Konfiguration, die man beim Einrichten des Loggers am PC vorgenommen hat, speichert er neben UTC-Uhrzeit und Position auch Höhe, Geschwindigkeit, Anzahl der sichtbaren Satelliten, Positionsgüte (DOP = Delution of Precision (Verminderung der Präzision)) usw. auf. Passend zum Fortbewegungsmittel (zu Fuß, mit Fahrrad, Auto oder Flugzeug) und der gewünschten Genauigkeit des Tracks kann die Häufigkeit (Intervall) der Positionsmessung angepasst werden (meist 1 bis 15 Sekunden). Abhängig von der Größe des eingebauten Speichers, dem Umfang des gewählten Datensatzes und dem Messintervalls können leicht die Bewegungen eines mehrwöchigen Urlaubs im internen Speicher oder auf einer Flash RAM-Karte aufgezeichnet werden.
Die aufgezeichneten Daten werden am PC per Kartenlesegerät, USB oder Bluetooth auslesen. Das Ausgabeformat ist meist NMEA-0183. Diese sogenannten "Tracks" lassen sich mit entsprechenden Programmen auswerten und beispielsweise mit Google Earth (Abb. 5.09) visualisieren. Ist die Uhr in einer mitgeführten Digitalkamera exakt eingestellt, kann auch ein halbautomatisches Geotagging (Schreiben der geografischen Position in die Exif-Metadaten von Fotos) der Aufnahmen vorgenommen werden.

Abb. 5.08: Auswerten von GPS-Tracks in GPS-Track-Analyse.NET (Beispiel: Ein Flug von Frankfurt via Taipeh nach Hanoi)
Abb. 5.08: Auswerten von GPS-Tracks in GPS-Track-Analyse.NET (Beispiel: Ein Flug von Frankfurt via Taipeh nach Hanoi)
Abb. 5.09: GPS-Track in Google Earth
Abb. 5.09: GPS-Track in Google Earth

5.2.4. Geotagging

Als Geotagging ("Anhängen von geografischen Informationen") oder Georeferenzierung wird ein Vorgang bezeichnet in dem Medien, z.B. Fotografien, Filme oder SMS-Nachrichten, geografisch markierende Metadaten hinzugefügt werden.
Bei einem längeren Urlaub können schnell etliche Hundert Digitalfotos zusammenkommen. Um später eine Übersicht zu bekommen wann und wo ein Foto entstanden ist, kann dies oftmals ohne zusätzliche Informationen nicht nachvollzogen werden. Geotagging erlaubtes im Nachhinein jederzeit feststellen zu können wann und wo und eventuell auch in welche Richtung ein Foto aufgenommen wurde.
Im am meisten verwendeten Speicherformat für digitale Fotos, dem JPEG-Format (aber auch im TIFF und in einigen RAW-Formaten), sind Felder für die Speicherung von Metadaten (eingebettete Daten) vorgesehen.

Abb. 5.10: Digitale Spiegelreflexkamera mit angestecktem GPS-Tagger
Abb. 5.10: Digitale Spiegelreflexkamera mit angestecktem GPS-Tagger [6]

Diese Metadaten, auch Exif - (Exchangeable Image File Format-) Daten genannt, enthalten viele Informationen darüber, unter welchen Bedingungen ein Foto entstanden ist. Die wichtigsten Angaben sind auch schon in den ältesten Versionen der Exif-Metadaten enthalten:

  • Kameratyp (event. auch Objektivdaten)
  • Datum und Uhrzeit
  • Orientierung (Hoch- oder Querformat)
  • Brennweite
  • Belichtungszeit
  • Blendeneinstellung
  • Belichtungsprogramm
  • ISO-Wert (Lichtempfindlichkeit)
  • Vorschaubild (Thumbnail)

Aber erst die neueren Versionen von Exif-Metadaten (Abb. 5.11) enthalten auch die Möglichkeit die geografische Position und Ausrichtung der Kamera zum Aufnahmezeitpunkt festzuhalten. Voraussetzung ist natürlich, dass ein GPS-Empfänger in die Kamera eingebaut ist. Ist solch ein integrierter Geo-Tagger nicht vorhanden, kann man sich bei vielen Kameras mit einem  externen Tagger, der per Kabel oder per Bluetooth angeschlossen wird, behelfen. Meist sind externe Tagger auf dem Blitzschuh aufgesteckt. Über die Blitzkontakte ausgelöst,  sendet der Tagger dann die Daten an die Kamera, die sie in die Fotodatei einbettet.
Nachteilig an diesen vollautomatischen Aufstecktaggern ist, dass sie von der Kamera abstehen und beim Handling stören. Auch liegt  das Datenkabel meist nicht optimal an, besonders wenn die Anschlussbuchse für das Kabel seitlich an der Kamera angebracht ist. Zudem sind sie, wenn als Originalzubehör gekauft, überproportional teuer.
Aber auch Fotos von Kameras, die über keinen Tagger verfügt oder digitale Fotos aus der Vor-GPS-Zeit können mit Geodaten versehen werden. Denn dies kann mit verschiedenen Programmen, die sogar frei verfügbar sind, nachträglich "offline" vorgenommen werden. Hierbei sind zwei Verfahren zu unterscheiden: mühsam manuell oder bequem halbautomatisch.
Beim manuellen Verfahren wird ein Digitalfoto in ein entsprechendes Taggerprogramm, z.b. locr oder GeoSetter, geladen. Der Computer muss dabei mit dem Internet verbunden sein, damit das Programm im Hintergrund auf einen Kartendienst (z.B. Google Maps/Earth) zugreifen kann. Im Kartenfenster kann dann die Position aufgesucht werden, wo das Foto entstanden ist. Mit einem Mausklick werden die geografischen Daten aus der Karte ausgelesen und in die Exif-Daten des Fotos eingefügt.

Abb. 5.11: Geodaten in einer Fotodatei
Abb. 5.11: Geodaten in einer Fotodatei

Mag das manuelle Taggen von Fotos bei einem oder sogar bei einem Dutzend noch einfach zu bewältigen zu sein, so wird es doch bei der Fotoausbeute eines Aktivurlaubs zur Geduldsprobe. Einfacher hat man es, wenn man bereits im Urlaub auf seinen Touren einen GPS-Logger wie in Abb. 5.05 mit dabei hat. Mit jedem Einschalten des Loggers wird ein Track angelegt, dem man über den Dateinamen Tag und Uhrzeit des Entstehens zuordnen kann. Lädt man nun daheim die Fotos und den dazugehörenden Track in das Geotagging-Programm, kann dies den Aufnahmezeitpunkt des Fotos dem dazugehörenden Datensatz im Track (Trackpoint) zuordnen und miteinander verknüpfen (Abb. 5.12). Dieses funktioniert um so genauer, je besser die Uhr im Fotoapparat auf UTC eingestellt ist. Eine Verschiebung der Uhrzeit der Kamerauhr durch die lokale Zeit einer anderen Zeitzone, durch die Sommerzeit-Umstellung oder durch Uhrengangungenauigkeit kann aber mit einer Zeitkorrektur im Programm der UTC angeglichen werden.
Mit einem solchen halbautomatischen Verfahren kann man mit einem Mausklick Hunderte von Fotos mit Geodaten versehen. Die Bildinformation wird dabei nicht angetastet. Nach dem Taggen können dann die Fotos, z.B. mit Picasa, zu Alben oder Diashows zusammengefasst werden. Auf Mausklick kann dann der Aufnahmeort z.B. in Google Earth angezeigt werden. Mit einem entsprechenden Browser-Programm können archivierte Fotos nach geografischer Lage sortiert oder gesucht werden.

Abb. 5.12: Halbautomatisches Geotagging mit locr GPS Photo
Abb. 5.12: Halbautomatisches Geotagging mit locr GPS Photo

5.2.5. GPS-Tracking

Der Zweck des GPS-Tracking ist es, permanent oder in festen Intervallen, die Position eines Fahrzeugs oder auch einer Person an eine Koordinations- bzw. Überwachungsstelle zu liefern.
GPS-Tracking wird im modernen Flottenmanagement, z.B. bei Speditionen, Werttransportunternehmen oder Verkehrsbetrieben, oder auch beim Objektschutz eingesetzt. Schlüsselelement des GPS-Trackings ist ein GPS-Tracker. Diese Box besteht im einfachsten Fall aus einem GNSS-Empfänger der NMEA-Positionsdaten liefert und einem GSM-Modem, das die Daten über eine Mobilfunkverbindung in die Zentrale sendet. Bei aufwendigeren Trackingsystemen können auch z.B. Fahrzeugdaten, wie Kraftstoffverbrauch, Motorleistung usw. übertragen werden.  Dabei spielt es keine Rolle, wo auf der Erde sich das Fahrzeug befindet.

Abb. 5.13: Prinzip GPS-Tracking
Abb. 5.13: Prinzip GPS-Tracking

5.3. Vermessungswesen

Seit Mitte der 1990er Jahre GNSS in das Vermessungswesen eingeführt wurde hat sich dieses geradewegs revolutioniert. Zusammen mit einer passenden EDV-Infrastruktur können Kataster, Baustelleneinmessungen usw. einfach und genau wie nie zuvor durchgeführt werden. Entsprechend der geforderten Genauigkeit der Vermessung ist ein Referenzierungsdienst, z.B. SAPOS HEPS oder Trimble VRS Now in Anspruch zu nehmen.

Abb. 5.14: Vermessungstrupp mit GNSS-Sensor
Abb. 5.14: Vermessungstrupp mit GNSS-Sensor

Die typische Ausrüstung eines modernen DGNSS-Vermessungstrupps besteht aus einem batteriebetriebenen GNSS-Sensor und einem Feldrechner. Hauptbestandteile eines GNSS-Sensors ist der GNSS-Empfänger mit einer scheibenförmigen Präzisionsantenne. Zur Kommunikation mit GNSS-Referenzstationen sind ein oder mehrere Funkmodems integriert.
Der Feldrechner ist im Prinzip ein stabil konstruierter, wetter- und umweltfester PDA mit einem Standard-Betriebssystem für Mobile-Computing. Optional sind in dem Feldrechner ein eigener GPS-Empfänger für allgemeine Navigation, eine Digitalkamera, ein Kompass und ein Bewegungssensor integriert. Über GSM/GPRS/EDGE, UTMTS/HSDPA oder WLAN ist eine ständige Verbindung mit dem Internet, z.B. zu Kartendiensten, und zum Firmensitz gewährleistet.
Sensor und Feldrechner sind auf einem 2 Meter langen Prismenstab (oft aus Kohlefaser) mit Stahlspitze montiert.  Die aufgenommenen Geodaten werden vom GNSS-Sensor per Kabel oder Bluetooth an den Feldrechner übertragen.
Mit dem Feldrechner wird der GNSS-Sensor konfiguriert und die Rohdaten vom GNSS-Sensor erfasst und verwaltet. Zusammen mit weiteren Informationen (Kommentare, Fotos, ...), die vor Ort hinzugefügt werden, können die Daten mit Attributen versehen werden, die die Bearbeitung in einem Geoinformationssystem (GIS) erlauben. Vor Ort können Messungen auf dem Display des Feldrechners visualisiert und z.B. mit Karten hinterlegt werden.
Die Daten können nach der Bearbeitung sofort an GNSS-fähige Baumaschinen wie Bagger oder Erdverdichter übertragen werden um dort GNNS-gesteuerte Aktuatoren zu überwachen.

Abb. 5.15: GNSS-Sensor
Abb. 5.15: GNSS-Sensor
Typische technische Daten eines GNSS-Sensors

GNSS-Chip mit 72 Kanälen
Hochpräziser Multikorrelator für GNSS-Pseudorangemessungen
Integriertes 450-MHz-Sende-/Empfangsmodem (Option):

  • Sendeleistung: 0,5 W
  • Reichweite : 3-5 km (typisch)/10 km (optimal)

Integriertes GSM/GPRS-Modem (Option)
Integrierte Bluetooth®-Schnittstelle
Anschluss für externe GSM/GPRS/CDPD-Modems für den RTK- und VRS-Betrieb
Interner Datenspeicher: 11 MB für 302 Stunden Rohdatenaufzeichnung
Gleichzeitig verfolgte Satellitensignale:

  • GPS: L1C/A, L2C, L2E
  • GLONASS: L1C/A, L1P, L2C/A (nur GLONASS M), L2P
  • SBAS: L1C/A

Genauigkeit mit Code-Differential-GNSS-Positionierung
    Lage: 0,25 m
    Höhe: 0,50 m
    Genauigkeit der WAAS-Differential-Positionierung: <5 m
Genauigkeit mit statischen Messverfahren (Postprocessing)
    Lage: 3 mm
    Höhe: 3,5 mm
Genauigkeit mit kinematischer Messung
    Lage: 10 mm + 1 ppm RMS
    Höhe: 20 mm + 1 ppm RMS

Initialisierungsdauer: <25 Sekunden (typisch)
Positionsausgabe: mit 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz und 10 Hz
Ausgabeformate: RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1, 16 NMEA-Ausgaben, ...

Gewicht Sensor:1,34 kg mit Akku, internem Funkmodem, UHF-Standardantenne
Gewicht System: 3,70 kg für den kompletten RTK-Rover

Preis: ca. 20.000€

Abb. 5.16: Feldrechner
Abb. 5.16: Feldrechner

Speziell ausgestattet für den Außeneinsatz unter kritischen Bedingungen sind handgehaltene Feldcomputer mit integriertem integriertem Präzisions-GNSS-Empfänger. Mit über 200 Kanälen sind in der Lage selbst mit der im Gerät eingebauten Antenne Positionen in Echtzeit bis auf 30 cm genau zu bestimmen. Verwendung finden solche Geräte z.B. zum Auffinden von unterirdisch verlegten Leitungen oder Kanälen, zum Verorten von Proben usw.
Mit Zusatzgeräten versehen, lassen sich eine Unmenge an unterschiedlichen Anwendungen finden. Eine eingebaute Digitalkamera erlaubt das Dokumentieren von Situationen oder Zuständen. Selbstverständlich werden die aufgenommenen Fotos mit den Geodaten und einem Zeitstempel versehen.
Mit einem Barcode-Lesegerät versehen, kann ein solcher Computer im kommunalen Bereich auch von weniger qualifizierten Personal einfach Straßenschilder, Gullideckel oder Straßenlaternen in einem Kataster erfassen und in einem GIS zu verwalten.
Positionen, die nicht nicht direkt bestimmt werden können, weil sie nicht zugänglich (z.B. ein Adlerhorst im Gebirge) oder zu gefährlich (z.B. ein Isolator an einem Hochspannungsmast) sind, lassen sich mit einem Laser-Distanzmessgerät relativ zur Position des Computer ausmessen. Ein im Lasergerät befindlicher Lagesensor und ein elektronischer Kompass erfassen während der Entfernungsmessung die Neigung und Richtung des Laserstrahls. Über Bluetooth werden die Daten an den  Feldcomputer übermittelt. Dieser errechnet hieraus, in Kombination mit der eigenen Position, die absolute geographischen Position des angepeilten Objekts.

Abb. 5.17: GNSS-Feldcomputer und Laser-Distanzsmesser
Abb. 5.17: GNSS-Feldcomputer und Laser-Distanzsmesser

5.4 GNSS als Zeitbasis

Neben den zur Bestimmung des Standortes bzw. zur Navigation benötigten Daten strahlen die GNSS-Satelliten auch  Zeitinformationen ab. Die hochgenauen Systemzeiten (z.B. die GPS-Systemzeit GPST, Galileo-Systemzeit GST oder BeiDou Time System BDT) sind in die blockweise übertragenen Navigationsdaten eingebettet.  Diese, in Intervallen gesendeten Zeitmarken ("Timestamps") sind absolute, auf UTC bezogene, Zeitangaben und können mit wenig Aufwand in eine lokale Zeit umgerechnet werden. Da alle Satelliten eines GNSS immer identische Zeitmarken abstrahlen, ist es möglich, Prozesse auch in weit auseinander liegenden Stationen miteinander zu synchronisieren. Diese Prozesse können beispielsweise die Protokollierung von Ereignissen, wissenschaftliche Messungen oder die Steuerung von Vorgängen sein.
Vorteilhaft an der Verwendung von GNSS-Zeitmarken ist, dass sie, wenn laufzeitkompensiert, praktisch keine Fehler aufweisen, wie sie in netzwerkorientierten Zeitnormalen (NTP) an Routern oder Switches entstehen. Mit GNSS-Zeitsignalen lassen sich somit praktisch überall kostengünstige Stratum-0-Zeitnormale realisieren.

Durch GNSS-Zeitsignale synchronisierte Oszillatoren bilden hochgenaue Frequenznormale, wie sie häufig in der Industrie und in der Messtechnik benötigt werden.

 

 

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Foto "Abb. 5.01: Cruise Missile (Tomahawk) der US-Navy"; Lizenz: Public Domain, Quelle: US Navy
http:/www.navy.mil/view_image.asp?id=3349

[2] Foto "Abb. 5.02: GPS-gelenktes 155-mm-Artilleriegeschoss M982 Excalibur"; Lizenz: Public Domain via Wikimedia Commons; Quelle: "XM982_Excalibur_inert.jpg" by United States Army;
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AXM982_Excalibur_inert.jpg

[3] Foto "Abb. 5.03: Militärischer GPS-Empfänger (DAGR)"; Lizenz: Public Domain;
Quelle: "Defense Advanced GPS Receiver.jpg" über US Air Force/Wikipedia;
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Defense_Advanced_GPS_Receiver.jpg

[4] Foto: "Abb. 5.05: Mobile DGPS-Referenzstation und Rover" Quelle: Claas Pressefoto "153005.jpg"; http://www.claas-gruppe.com/presse/medien/pressebilder

[5] Foto: "Abb. 5.06: Display Claas GPS-Pilot" Quelle: Claas Pressefoto "1369.jpg";
http://www.claas-gruppe.com/presse/medien/pressebilder

[6] Foto: "Abb. 5.10: Digitale Spiegelreflexkamera mit angestecktem GPS-Tagger"; Quelle: Nikon Pressefoto "img_32.png";
http://imgsv.imaging.nikon.com/lineup/dslr/d5200/img/features05/img_32.png

 

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