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30.07.2012
Folge 327

GPS und Co.

von Heinz Schmitz
Einige erinnern sich vielleicht noch an die Zeit, als man verzweifelt mit Karten bewaffnet die Weg zu einer Adresse in einen fremden Stadt suchen musste. Das kostete Nerven und Verfahren war eigentlich gang und gäbe. Mit den Navigationssystemen hat sich das dramatisch verändert. Adresse eingeben, gemütlich zurücklehnen und nach den Anweisungen des Navis entspannt zu seinem Zielort fahren – GPS sei Dank (Globales Navigationssatellitensystem.

GPS, eigentlich NAVSTAR-GPS (http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System)
heißt vollständig „Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System“. Es ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, ein GNSS oder auch Globales Navigationssatellitensystem(http://de.wikipedia.org/wiki/Globales_Navigationssatellitensystem). GPS wird vom amerikanischen Verteidigungsministerium betrieben. Es arbeitet mit 29 aktiven Satelliten von denen meistens 6 bis 10, mindestens jedoch 4, von den Empfängern erreicht werden können. Die Umlaufbahnen sind bekannt. Die Satelliten übertragen die genaue Position und Zeit. Aus den Laufzeitdifferenzen kann dann die Position an dem man sich befindet errechnet werden. Je mehr Satelliten empfangen werden, desto genauer ist die Ortsbestimmung. Alle Sattelten senden ihre Kennung auf der gleichen Frequenz im so genannten Codemultiplexverfahren oder CDMA (http://de.wikipedia.org/wiki/Codemultiplexverfahren). Die Kennung enthält einen bekannten C/A Code und einen geheimen P/Y Code. Der verschlüsselte Teil ist nur für militärische Anwendungen gedacht und soll eine präzisere Ortsbestimmung zulassen. Für GPS wurde schon 1978 der erste Satellit gestartet und das System ist dem 17. Juli 1995 offiziell in Betrieb.

Aber GPS ist nicht allein auf der Welt. Globalnaja Nawigazionnaja Sputnikowaja Sistema oder GLONASS (http://de.wikipedia.org/wiki/GLONASS) heißt das System, das vom russischen Verteidigungsministerium betrieben wird. Die Entwicklung begann 1972, der erste Satellit wurde 1982 ins Weltall geschossen und seit 1993 ist das Navigationssytem voll einsatzfähig. Der Vollausbau, bestehend aus 21 Standard- und drei Reservesatelliten, wurde 1996 erreicht. Das System wir allerdings ständig weiter ausgebaut. Im Gegensatz zu GPS sendet jeder Satellit auf einer eigenen Frequenz im so genannten FDMA oder Frequenzmultiplexverfahren (http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzmultiplexverfahren). GLONASS bestimmt die Position innerhalb Russlands auf etwa 5 Meter genau.

In Japan stellt sich in den Großstädten das Problem, dass in den Straßenschluchten viele GPS-Satelliten abgeschattet werden und so die mindestens erforderlichen 4 Satelliten nicht empfangen werden können. Deswegen installieren die Japaner als Ergänzung zu GPS das Quasi-Zenit-Satelliten-System (QZSS) (http://de.wikipedia.org/wiki/Quasi-Zenit-Satelliten-System). Drei oder mehr Satelliten umkreisen die Erde in einer hochelliptischen Umlaufbahn mit einer Bahnhöhe zwischen 32000 und 40000 km. Die Bahnneigung wird 43° betragen, so dass zu jeder Zeit einer der Satelliten direkt über Japan steht. Damit sind in den Städten und in bergigem Gelände zusammen mit anderen Satelliten Positionsbestimmung möglich. Der Start des ersten QZ-Satelliten erfolgte 2010. Dieses Jahr sollen die zwei weiteren Satelliten gestartet werden, so dass das vollständige System einsatzbereit ist.

Die Europäer planen mit Galileo (http://de.wikipedia.org/wiki/Galileo_(Satellitennavigation)) ein eigenes Navigationssystem. Geplant ist der Einsatz von 30 Satelliten, die bis 2019 im All sein sollen. Derzeit sind allerdings erst zwei in einer Umlaufbahn, mit denen Tests durchgeführt werden. Galileo wird wie GPS mit im CDMA-Modus arbeiten. Das System soll genauer als das US-amerikanische GPS sein und eine Ortsbestimmung bis auf einen Meter genau ermöglichen. Für Rettungsdienste soll auch eine Uplink-Datenkommunikation in Richtung Satelliten möglich sein.

Obwohl China auch an Galileo beteilig ist, bauen die Asiaten mit BeiDu-2 oder Compass (http://de.wikipedia.org/wiki/Compass_(Satellitennavigation) ein eigenes System auf, dass bis 2020 Einsatzbereit sein soll. Von den geplanten 35 Satelliten sind bereits 10 in einer Erdumlaufbahn. Wie GPS und Galileo wird im CDMA-Modus gesendet. Die Genauigkeit soll etwa  10 Meter betragen.

Da Compass, GPS und Galileo im gleichen  Frequenzband arbeiten, ist es denkbar, das zukünftige Navigationssysteme nicht nur einen sondern alle verfügbaren Globales Navigationssatellitensysteme nutzen. Das sich sogar das FDMA-basierte russische GLONASS einbeziehen ließe zeigt zum Beispiel der SL869 Chip Telit (http://www.telit.com/en/products/satellite.php?p_ac=show&p=123), der GPS und GLONASS verarbeitet und für Galileo und QZSS vorbereit ist.


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