Labor für Globale Navigationssatellitensysteme

Globales Satellitennavigationssystem
1977 brachten die USA den ersten Testsatelliten des neuen Navigationssystems NAVSTAR-GPS in die Umlaufbahn. Seit 1993 gibt es mehr als 24 Satelliten in 6 jeweils um 60 Grad versetzten Umlaufbahnen um die Erde. Die Flughöhe der Satelliten ist etwa 20000km oberhalb der Erdoberfläche. Je nach Standort und Tageszeit sind praktisch auf jedem Punkt der Erde stets 4-10 Satelliten in einer Höhe von mindestens 10o über dem Horizont sichtbar. Abschattungen durch Häuser, Bäume, Berge usw. reduzieren diese Anzahl allerdings häufig. Werden in einem GPS-Empfänger mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen, so lässt sich daraus die Position des Empfängers ermitteln.
Unabhängig operierende Empfänger erreichen eine Lagegenauigkeit von 10m (95% Wahrscheinlichkeit) und eine Höhengenauigkeit von 15m (Ellipsoidische Höhe). Diese einfachen Empfänger werden in erster Linie für Navigations- und Kontrollaufgaben eingesetzt (Wanderer, See- und einfache Luftnavigation, Logistik). In Kombination mit weiteren Messsensoren und Informationssystemen lassen sich höhere Genauigkeiten erreichen. Z.B. geben GPS-Landnavigationsysteme, wie sie als Optionen von fast allen PKW-Herstellern, aber auch herstellerunabhängigen Vertreibern angeboten werden durch Kombination mit digitaler Karte, elektronischem Kompass und gefahrener Strecke Genauigkeiten von besser als 10m.

Differenzielles GPS für Ortungs- und Navigationsaufgaben (DGPS)
Werden gleichzeitig an einer festen Bezugsstation die Satellitensignale empfangen und mit den Signalen des beweglichen Empfängers gemeinsam ausgewertet, so lassen sich Genauigkeiten bis unter einen Meter erreichen. Die Genauigkeit hängt wesentlich vom Abstand zur Bezugsstation (max.800km) ab. In der Bundesrepublik ist ein flächendeckendes System von diesen Bezugsstationen (SAPOS) durch die Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen (AdV) aufgebaut worden. Der Vertrieb der Daten erfolgt durch SAPOS und durch ASCOS. Daneben gibt es weitere kommerzielle Anbieter. Die Korrekturwerte für den beweglichen Empfänger können über GSM, aber auch kostenlos (Pauschalgebühr bei Kauf des Empfängergerätes) über UKW, MW oder Langwelle empfangen werden.
Diese differenziellen GPS-Methoden bieten sich an zur Fahrzeugnavigation, für Verkehrsleitsysteme, Rettungsdienste, Sicherheitsaufgaben, Land- und Forstwirtschaft, Umweltschutz , Wasserwirtschaft und für die Datenerfassung für Geoinformationssysteme.

Präzises differenzielles GPS (PDGPS)
Werden nicht nur die aufmodulierten Codephasen (eigentliche Messwellen) wie beim DGPS, sondern auch die Phasen der Trägerwellen (1575,42MHz und 1227,60MHz) ausgewertet, so sind bei differenzieller Anwendung Genauigkeiten bis in den mm-Bereich möglich (PDGPS). Erfolgt die Ermittlung der Koordinaten unmittelbar im Felde, dazu sind die über Funk (70cm-Funk, 2m-Funk, GSM-Handy, NTRIP (Internetverbindung)) übermittelten Messwerte einer Bezugsstation (Entfernung geringer als 25 km) erforderlich, so spricht man von Real-Time-GPS. Wird nachträglich ausgewertet, so spricht man von Post-Processing-GPS.
Alle GPS-Anwendungen, die eine höhere Genauigkeit als 10 cm bieten, werden als präzise, bzw. hochpräzise GPS-Anwendungen bezeichnet. Instrumente und Software für diesen Einsatzbereich sind erheblich aufwendiger und setzen eine gute Ausbildung des Nutzers voraus.
Einsatzbereiche für das präzise GPS liegen vor allem im klassischen Vermessungsbereich, in der Grundlagenvermessung und Einzelpunktvermessung, aber auch in der Ingenieurvermessung, bei der Absteckung, Aufmessung und Überwachung. Dazu kommen in immer stärkerem Maße GPS-kontrollierte Maschinensteuerungen z.B. bei Abbau der Braunkohle, beim Bau von Verkehrswegen oder beim Einsatz landwirtschaftlicher Maschinen.

Neben den klassischen GPS-Anwendungen im mm-, cm, dm- und m-Bereich wird versucht, für exzentrische Messungen mit GPS bei Lage- und Höhenmessungen zu wirtschaftlichen Lösungen zu gelangen.
Daneben werden die klassischen tachymetrischen Aufnahmeverfahren immer stärker mit der freien Stationierung mit Hilfe von GPS zu einem Standardmessverfahren verknüpft. Bei kinematischen Anwendungen, z.B. in Kombination mit photogrammetrischen Verfahren, liefert GPS die notwendigen Daten für die Orientierung im Raum.
Für zahlreiche Anwendungen werden die GPS-Empfänger mit Datenerfassungsgeräten für geographische Informationssysteme (GIS) und elektronischen graphischen Feldbüchern kombiniert.