Das GPS Buch als Magazin

Es gibt mehrere Arten von Verbindungen. Vor einigen Jahren war die einzige Option ein serieller Port-Anschluss, und dieser ist immer noch verfügbar, aber da heutzutage nur wenige Computer über diese Anschlüsse verfügen, würde dies dann mit einem Seriell-zu-USB-Konverterkabel erreicht. Aber dies wäre wahrscheinlich ein altes GPS, wenn es einen seriellen Anschluss am Ausgang hätte. Heutzutage haben wir eher einen USB-Anschluss, der direkt an den Computer angeschlossen wird, oder wir könnten eine Bluetooth-Verbindung oder eine WLAN-Verbindung verwenden. Oder wir haben einen NMEA 2000 (N2K)-Anschluss, aber für die meisten computerbasierten ECS müssten diese den Ausgang in NMEA180 konvertieren, und dafür gibt es mehrere N2k-USB-Gateways, wie das Yacht Devices YDNU-02.

Schauen wir uns hier also die generischen Optionen an: USB, Bluetooth (BT) und WLAN. Diese haben alle Optionen im Bereich von 100 $; Es gibt USB-GPS für etwa 30 US-Dollar, und in der Tat gibt es Telefon-Apps, die ein drahtloses GPS-Signal für 8 US-Dollar an Ihren Computer übertragen – oder 40 US-Dollar für eine App ausgeben, und Sie erhalten eine ganze Reihe von Sensordaten (Position, Zeit, Richtung, Ferse). und Barometer) vom Telefon zum Computer per WLAN sowie eine erstklassige mobile Navigations-App.

Hier sind Beispiele, die wir kennen und getestet haben, aber es gibt sicherlich noch sehr viele andere Möglichkeiten. Wir haben keinerlei kommerzielles Interesse an diesen Produkten. Wir haben Bilder davon unten gezeigt.

• Günstiges USB-GPS: Globalsat BU-353S4 etwa 30 $. Dies ist wahrscheinlich so billig wie sie bekommen. Hat etwa ein 6-Fuß-Kabel, und Sie schließen es einfach an (und befolgen Sie die nachstehenden Einrichtungshinweise). Benötigen Sie möglicherweise eine USB-Kabelverlängerung. Sie sind preiswert. Diese Einheiten müssen so viel wie möglich vom Horizont sehen … können aber durch ein Glasfenster (industrieller Klettverschluss!) schauen.

• Kostengünstiges Bluetooth-GPS: Globalsat BT-821C Wir hatten im Laufe der Jahre mehrere davon, und die alten funktionieren noch, aber es ist nicht klar, ob sie noch verfügbar sind. War etwa 50 $. Wieder Klettverschluss an einem Bullauge oder zu Hause auf einer Fensterbank.

Denken Sie beim Herausziehen der alten Einheiten daran, dass sich die GPS-Technologie geändert hat. Neuere Einheiten erhalten eine schnellere und mit weniger Satelliten und potenziell genaueren Ergebnissen. Meine Vermutung ist, dass alles, was älter als etwa 10 Jahre ist, wahrscheinlich deutlich weniger als die optimale Leistung zeigen würde.

• High-End-Bluetooth-GPS mit Datenlogger und App: Bad Elf Pro um die 200 $. Sie können es auch einfach regelmäßig ohne BT oder andere Verbindungen einschalten, um Navigationsdaten aufzuzeichnen und zu speichern. Sehr gutes BT-Verhalten und enthält eine einfache mobile App als Backup. Tolle Akkulaufzeit. Gehen Sie mit Freunden segeln, schalten Sie es ein und binden Sie es irgendwo mit Blick auf den Himmel fest, dann können Sie es mit nach Hause nehmen und Ihren Track als GPX-Datei exportieren. Dies dient natürlich auch als Live-BT-GPS-Signal für Ihre ECS-Navigation.

• Antennenhalterung N2k GPS mit eingebautem Kurssensor: Lowrance Point-1. Ungefähr 260 $. Dies ist eine ausgezeichnete Einheit für ein Schiff. Wir haben jetzt seit ein paar Jahren einen, superschnelle Verbindungen. Es stellt eine Verbindung zu einem N2k-Backbone her, das das USB-Gateway enthält, das es mit dem Computer verbindet.

• Dediziertes GPS-Handgerät: Es kann einige Recherchen erfordern, aber einige davon können mit Ihrem Computer verkabelt werden, um sie als primäre GPS-Quelle zu verwenden. Wir haben viele davon, die weit zurückreichen, aber das Beispiel, das wir hier verwenden, ist unser Garmin GPSMAP 78s. Dies ist ein altes, es war eines von dreien, die vom Team MAD Dog verwendet wurden, als sie 2016 den Rekord für den R2AK aufstellten – wir hatten das Vergnügen, bei der Vorbereitung auf das Rennen mit ihnen zusammenzuarbeiten. Das Anschließen dieser tragbaren GPS-Geräte an den Computer kann einige Recherchen erfordern. Es wird normalerweise nicht in den Handbüchern behandelt. Wir erklären unten, wie man es mit diesem macht.

• Eine iOS-App, die GPS-Signale von Ihrem Telefon an Ihren Computer sendet, ist GPS2IP. Es gibt eine gut dokumentierte kostenlose Version zum Testen (jeweils 4 Minuten) und dann 8 $ für die Vollversion ohne Zeitbegrenzung. Es ist am besten, die kostenlose App vor dem Kauf zu testen, um sicherzustellen, dass alles wie erwartet funktioniert. Unsere Erfahrung ist, dass es großartig funktioniert. Die App kann so eingerichtet werden, dass sie andere Telefonsensordaten überträgt, aber derzeit sind es Position und Richtung. Diese verbinden sich über eine WLAN-Verbindung, entweder TCP, UDP oder Socket, wie ausführlich auf ihrer Website erklärt, die auch Schritt-für-Schritt-Anleitungen für die tatsächliche Verbindung mit den meisten gängigen Navigationsprogrammen enthält. Die App überträgt im Hintergrund, aber das Ausführen des GPS und das Senden von Daten sind eine starke Batteriebelastung, sodass das Gerät entweder angeschlossen oder nicht weit davon entfernt sein muss.

• Die mobile Version von qtVlm sowohl für iOS als auch für Android sendet die GPS-Signale auch über WLAN an Ihre Computer. Es gibt eine Demoversion, aber für diese Funktion benötigen wir die kostenpflichtige Version, die 40 US-Dollar kostet. Die App überträgt auch Ihr Barometer, Ihren Kurs und Ihre Ferse, die alle von Sensoren in den Telefonen erhältlich sind. Es läuft auch und überträgt diese Daten im Hintergrund, aber wie oben erwähnt, ist dies eine starke Batteriebelastung, sodass das Gerät an die Stromversorgung angeschlossen werden muss. Damit haben Sie jedoch ein vollständiges Navigationssystem im Telefon sowie eine Backup-Möglichkeit, um Signale an Ihren Computer zu senden. Ein BT- oder USB-Gerät ist wahrscheinlich die beste Wahl für uns

Es ist wahrscheinlich, dass Gladys West (1930–) Ihnen geholfen hat, dank eines der wahren Wunder unserer Zeit, dem Global Positioning System (GPS), sicher und pünktlich an Ihrem letzten Ziel anzukommen. Seit Jahrzehnten auf ihrem Gebiet als Mathematikerin bekannt, die das erste geodätische Modell der Erde erstellte, schrieb West die mathematischen Gleichungen, die es Satelliten ermöglichen, kontinuierlich aktualisierte und genaue Standortdaten für jedes Objekt auf der Welt bereitzustellen. Für den Black History Month 2022 bietet Gale In Context: Science faszinierende biografische Profile von West und anderen unbekannten schwarzen Amerikanern, die Karrieren in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM) verfolgten.

Geboren in Sutherland, Virginia, machte West 1948 ihren Abschluss als Valedictorian an ihrer segregierten High School und trat in das Virginia State College ein, ein historisch schwarzes College, wo sie Mathematik studierte. Sie gab ihre schlecht bezahlte Arbeit als Schullehrerin auf und kehrte in den Bundesstaat Virginia zurück, um ihren Master-Abschluss zu machen, und bekam 1956 eine begehrte Stelle als Zivilangestellte des US-Militärs im Naval Surface Warfare Center in Virginia. Sie war eine von vier schwarzen Amerikanern, die in der Dahlgren Division arbeiteten; einer der anderen war Ira West, ihr zukünftiger Ehemann.

Gladys West war eine der Mathematikerinnen, die die Programme schrieben, die von riesigen Mainframe-Computern der Dahlgren-Division in ihrem Naval Weapons Laboratory in Dahlgren, Virginia, ausgeführt wurden. Ihre Arbeit bestand darin, die Gleichungen zu schreiben, mit denen raumgroße Computer programmiert wurden, um die Entfernung zwischen Beobachtungssatelliten und der Erdoberfläche zu triangulieren. Die schnellen technologischen Fortschritte, die in den 1970er und 1980er Jahren im Bereich Computerverarbeitungsleistung und Luft- und Raumfahrthardware erzielt wurden, ermöglichten die Einführung des GPS des US-Verteidigungsministeriums in den 1980er Jahren. 1996 machte die US-Regierung die GPS-Technologie für Privatunternehmen verfügbar, und im Laufe des nächsten Jahrzehnts wurden GPS-Geräte zu einem beliebten Produkt der Unterhaltungselektronik, das zuerst als eigenständige Navigationsgeräte auf Automobil-Armaturenbrettern installiert und dann in den Automobilherstellungsprozess integriert wurde viele Marken und Modelle.

Wests Hauptbeitrag zu dieser bemerkenswerten Technologie bestand darin, die Gleichungen zu schreiben, die Variationen in Höhe, Gezeiten und anderen Variablen zuließen, wenn Satelliten darauf ausgerichtet waren, einen genauen Ort auf der Erdoberfläche zu bestimmen. Dies ist das Satelliten-Geodäsie-Modell, und ihre Errungenschaft von 1984 ermöglicht eine präzise Messung und Kartierung der Erdoberfläche aus dem Weltraum. In der ersten Welle von Medienberichten, die Mitte der 1980er Jahre diese neue Technologie propagierten, wurde GPS als Ersatz für den bescheidenen Kompass gefeiert, der im Westen seit Ende des 11. Jahrhunderts ununterbrochen verwendet wird. Wests Fähigkeiten bei der Entwicklung ozeanografischer Messungen ermöglichten es den Suchenden schließlich, das Wrack der HMS Titanic im Jahr 1985 zu finden.

In Artikeln, die ihre Pionierarbeit feierten, beteuerte West, dass sie beim Schreiben von Gleichungen ein Händchen für die Problemlösung habe. Sie ging 1998 nach 42 Jahren in der Dahlgren Division der US Navy in den Ruhestand und wurde 2018 in die Space and Missiles Pioneers Hall of Fame der US Air Force aufgenommen. Ein kurzes Update, das sie an ihre Schwestern der historischen schwarzen Schwesternschaft Alpha Kappa Alpha über ihre Karriere schickte, führte zu einer Fülle von Nachrichtenartikeln, die ihren Status als eine der „versteckten Figuren“ würdigten, die am US-Weltraumrennen beteiligt waren.

Für den Black History Month 2022 können Benutzer von Gale In Context: Science genau ein Portal mit Inhalten zu Gladys West lokalisieren, einer der vielen unbesungenen schwarzen Amerikanerinnen, deren Beiträge in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik Millionen von Menschen positiv beeinflusst haben Leben.

Technologie steht heute im Mittelpunkt der Gesellschaft und entwickelt sich ständig weiter, um uns zu helfen, einfacher, sicherer und bequemer zu leben. Während das Internet vielleicht die größte technische Entwicklung in der jüngeren Geschichte ist, haben Dinge wie intelligente Geräte und Mobiltelefone ebenfalls einen hohen Stellenwert. Ein weiterer atemberaubender technischer Durchbruch, den wir in den letzten Jahrzehnten gesehen haben, ist GPS. Aber was ist das und warum kann es in den meisten Gebäuden schwierig sein, ein GPS-Signal in Innenräumen zu empfangen?

Was ist GPS?

Bevor wir uns ansehen, warum die GPS-Technologie in einigen Gebäuden nicht funktioniert, lohnt es sich, festzuhalten, was es tatsächlich ist. Dadurch wird es nicht nur verständlicher, sondern auch leichter zu erkennen, warum es an manchen Stellen nicht funktioniert.

Das Global Positioning System (GPS) wurde entwickelt, um eine genaue Bestimmung geografischer Standorte durch militärische und später zivile Benutzer zu ermöglichen. Es basiert auf der Verwendung von Satelliten im Erdorbit, die Informationen übertragen, die es Satellitenempfängern ermöglichen, die Entfernung zwischen den Satelliten und dem Benutzer zu messen.

Satellitenempfänger verwenden die Informationen, um ihren Standort zu bestimmen, indem sie Längengrad, Breitengrad und Höhe aus den empfangenen Signalen berechnen.

Sobald der GPS-Empfänger in Ihrem Gerät seine Entfernung von 4 oder mehr dieser Satelliten berechnet hat, kann er Ihren genauen Standort angeben.

Das GPS besteht aus 24 in Gebrauch befindlichen Satelliten (mit Ersatzteilen) und ist Eigentum der Regierung der Vereinigten Staaten und wird von ihr betrieben. GPS ist ein Beispiel für mehrere globale Navigationssatellitensysteme (GNSS), die heute verwendet werden.

Warum funktioniert GPS in manchen Gebäuden nicht?

Eine wichtige Sache, die Sie beachten sollten, ist, dass die Signale, die den Empfänger in Ihrem GPS-Gerät erreichen, sehr schwach sind, da sie von den Satelliten etwa 12.500 Meilen durch die Atmosphäre gereist sind.

Folglich können GPS-Signale dichte Materialien wie Beton, schweres Holz oder Stahlverkleidungen nicht durchdringen. Um die besten Effekte aus der GPS-Technologie zu erzielen, müssen Sie wirklich einen großen Bereich des Himmels sehen, um sicherzustellen, dass das empfangene Signal stark genug ist, um Ihren Standort mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu bestimmen.

Denken Sie daran, dass GPS ursprünglich nie für die Verwendung in Innenräumen gedacht war. Es wurde erstmals 1973 konzipiert und bot ein Mittel, um Militär-U-Booten bei der Navigation an der Oberfläche zu helfen.

Das öffentlich zugängliche GPS, wie wir es heute kennen, wurde 1993 in Betrieb genommen.

Ohne klare Sicht auf mindestens vier Satelliten ist es normalerweise unmöglich, in Innenräumen eine Positionsbestimmung zu erreichen und aufrechtzuerhalten, indem „native“ GPS-Signale von den umlaufenden Satellitenkonstellationen verwendet werden.

Es gibt mehrere proprietäre Systeme, die mithilfe von WLAN-, Mobilfunk- und Bluetooth-Systemen Standorte in Innenräumen lokalisieren können.

So erhalten Sie ein GPS-Signal im Innenbereich

Ein GPS-Repeater-System bringt das Außensignal nach innen, damit GPS-fähige Geräte in jedem Gebäude oder Raum verwendet, getestet, repariert und kalibriert werden können, wo dies normalerweise unmöglich ist.

Ein Repeater kann einen großen Innenbereich abdecken. Wenn es beispielsweise in der Decke eines Hangars in einer Höhe von 10 Metern installiert wird, hat der darunter liegende Abdeckungsbereich einen Durchmesser von etwa 35 Metern.

Anwendungen für ein solches System sind zahlreich und vielfältig, einschließlich Rettungsdienstgelände (Blaulicht), Fahrzeugmontagelinien, unterirdische Bus-/Bahnhöfe und Flugzeughangars.

Bei diesen Anwendungen ist extreme Positionsgenauigkeit nicht die Hauptanforderung.

In einer Feuerwache oder einer Polizeiwache besteht die Anforderung darin, zu verhindern, dass Navigationsgeräte „vom Netz gehen“, wenn kein Live-GPS-Signal verfügbar ist. Der Repeater eliminiert das Problem einer längeren Satellitenerfassungsverzögerung beim Verlassen der Station und stellt sicher, dass alle Assets in der Kommandozentrale sichtbar sind.

Ein Repeater in einem Flugzeughangar ermöglicht das Testen von Satellitenausrüstung an Bord, ohne dass das Flugzeug nach draußen geschoben werden muss, um ein Signal zu empfangen.

Wenn ein Repeater in der Endphase einer Fahrzeugproduktionslinie installiert wird, bringt er das Außensignal nach innen, wodurch Verzögerungen reduziert und die Produktivität gesteigert werden – es ist nicht erforderlich, ein Auto nach draußen zu fahren, damit sein Infotainmentsystem eine GPS-Ortung erreichen kann.

Dank technologischer Fortschritte haben wir derzeit Zugang zu Informationen, von denen unsere Vorfahren nur träumen konnten. Eine wichtige Technologie, die viele von uns täglich verwenden und manchmal übersehen, ist GPS oder Global Positioning System. GPS war ein Projekt, das von den Vereinigten Staaten entwickelt wurde und derzeit noch von der US-Regierung unterstützt und betrieben wird. Obwohl ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt, hat sich die Technologie auf den zivilen Bereich ausgeweitet und wird seit Jahren für nichtmilitärische Zwecke eingesetzt. Dank GPS können Flottenadministratoren und -betreiber so viel tun, um die Effizienz und Sichtbarkeit ihrer Anlagen zu steigern. Eine Fülle von Informationen ist jetzt mit nur einem Mausklick oder einer Berührung auf einem mobilen Gerät verfügbar. Während wir alle dazu neigen, die Verwendungen und Vorteile von GPS zu verstehen, erkennen wir oft einige der häufigsten Probleme nicht, die bei der Verwendung von GPS auf einem Gerät für alle auftreten. Dieser Artikel soll einige der häufigsten Probleme erklären, mit denen Menschen derzeit bei der Verwendung von GPS konfrontiert sind, ist jedoch nicht als ausführlicher technischer Artikel über die Funktionsweise von GPS gedacht. Wenn Sie daran interessiert sind, wie GPS auf technischer Ebene funktioniert, sehen Sie sich diese Zusammenfassung hier an.

Häufige Probleme mit GPS

Eines der häufigsten Probleme, die bei jedem GPS auftreten, ist das korrekte Tracking. Die aktuellsten Navigationsdienste – denken Sie an Google Maps – haben die Fähigkeit, Ihren Standort mit einem minimalen Fehler von 3-10 Metern zu lokalisieren. Diese Positionierung funktioniert am besten unter idealen Bedingungen, d. h. Sie befinden sich in einer Stadt, vorzugsweise einer größeren, im Freien im Vergleich zu Innenräumen und haben eine starke Mobilfunkverbindung mit dem Gerät, das Sie verwenden. Doch selbst bei idealen Bedingungen gibt es tagsüber einige Punkte, an denen Sie Punkte mit schlechter Verfolgung erleben werden. Leider ist dies etwas, das Sie nicht ändern können. Was verursacht also eine plötzliche Änderung der Genauigkeit, wenn die Tracking-Anwendung vor 30 Minuten noch richtig funktioniert hat? Kurz gesagt, es geht oft um GPS-Signale. Diese Signale müssen von mehreren Satelliten eine große Entfernung durch die Atmosphäre zurücklegen, um Ihr Mobiltelefon zu erreichen (in den meisten Fällen tun sie dies über spezielle Geräte), und die Qualität eines solchen Signals spielt eine große Rolle. Das Problem ist, dass Ihr Gerät starke Signale von mindestens 3-4 Satelliten und idealerweise 7-8 gleichzeitig empfangen muss, um die genauesten Standortdaten bereitzustellen. Deshalb ist es am besten, sich im Freien aufzuhalten, wenn Sie das bestmögliche Signal wünschen, sollten Sie dies zumindest anstreben. Auf diese Weise trifft Ihr Gerät auf seinem Weg nicht auf so viele Hindernisse und hat die Möglichkeit, das nächstgelegene und stärkste Signal zu empfangen. Darüber hinaus können sowohl städtische als auch natürliche Schluchten (große Gebäude in Städten, Bäume, Berge, Grate usw.) jedes GPS-Signal beeinträchtigen. Wenn ein Satellit an diesen Orten nicht direkt über Ihnen ist, wird es viel schwieriger, ihn genau zu verfolgen, und verringert die Genauigkeit des GPS-Signals. Mit anderen Worten, je offener der Himmel ist, desto genauer wird das Signal sein. Die andere gängige Methode zur Verfolgung mit GPS ist die Verwendung eines Mobiltelefons oder eines anderen LTE/4G-fähigen Geräts (z. B. iPad oder Android-Tablet). Durch die Verwendung von Mobilfunkmasten und Basisstationen und die Entfernungen zwischen diesen „Ankern“ können diese Geräte mit relativ guter Genauigkeit geortet werden. Während Sie reisen, bewegen Sie sich von einer Zellzone in eine andere. Basisstationen überwachen die Signalstärke Ihres Telefons, und wenn Sie sich dem Rand einer Zelle nähern, nimmt Ihre Signalstärke ab. Gleichzeitig bemerkt die Basisstation in der Zelle, der Sie sich nähern, dass die Stärke Ihres Signals zunimmt. Wenn Sie sich von Zelle zu Zelle bewegen, übertragen die Türme Ihr Signal von einem zum nächsten und die Entfernungen zwischen den Empfängern bestimmen im Wesentlichen Ihre Position. Dieses Verfahren hat jedoch auch seine Nachteile. An abgelegenen Orten können Türme so weit voneinander entfernt sein, dass sie keine konsistenten Signale liefern können, was zu einer ungenauen Positionierung führt. Selbst wenn Türme reichlich vorhanden sind – in Großstädten oder dicht besiedelten Gebieten, können schwierige Topographien und hohe Gebäude die Signale unterbrechen. Da Hindernisse wie Bäume und Gebäude beeinflussen können, wie lange Ihr Signal braucht, um zu einem Turm zu gelangen, ist diese Methode oft weniger genau als eine GPS-Messung. Auch ohne einen richtigen GPS-Empfänger können Handys und Tablets gute Informationen über Ihren Standort liefern. Mapping-Software verwendet diese Informationen, um Ihren Standort basierend auf Messungen Ihres Signals zu bestimmen: Andere Probleme, einige häufig und andere selten, können die Fähigkeit eines Geräts beeinträchtigen, gute Positionsdaten zu erhalten, einschließlich:

Kaltstarts

Wenn ein GPS eingeschaltet ist oder wenn das GPS zu lange im Hintergrund inaktiv war, muss das GPS Daten von den Satelliten herunterladen, die die Position und das Timing aller Satelliten im System beschreiben. Die Korrektur kann bis zu fünf Minuten oder länger dauern und kann zu einer fehlerhaften GPS-Ortung führen.

Nicht genug Satelliten

Viele GPS-Geräte müssen idealerweise Signale von mindestens 7 oder 8 Satelliten empfangen, um den Standort auf etwa 10 Meter genau zu berechnen. Mit weniger Satelliten nimmt die Unsicherheit und Ungenauigkeit zu. Mit weniger als 4 Satelliten haben viele GPS-Empfänger Schwierigkeiten, genaue Standortschätzungen zu erstellen, und melden an bestimmten Stellen während der Route „GPS-Signal verloren“.

Schlechte Hardware

Wenn Ihr Gerät älter ist oder keine guten GPS-Empfangsfähigkeiten hat, wird es Schwierigkeiten haben, Satelliten- oder Mobilfunkmastsignale zu empfangen.

Schwache Batterie auf GPS-Geräten

Eine schwache Batterie kann die ordnungsgemäße Funktion des GPS auf jedem Gerät beeinträchtigen.

Mehrwegsignale

Wenn Signale von GPS-Satelliten oder Mobilfunkmasten von Gebäuden abprallen, kann der GPS-Empfänger durch die zusätzliche Zeit, die das Signal brauchte, um ihn zu erreichen, verwirrt werden. In diesen Fällen können Sie plötzliche Positionsfehler beobachten. Unter diesen Umständen kann nicht viel getan werden, um die Auswirkungen von Mehrwegfehlern zu reduzieren. GPS ist in diesen Situationen einfach weniger genau.

GPS-Drift

Der GPS-Track weicht von der Straße ab. Sie können sehen, dass die Route im Allgemeinen der Form der Straße folgt, jedoch mit viel weniger Genauigkeit.

GPS-Signal verloren

Wenn ein Signal verloren geht und einige Zeit später wieder erfasst wird, werden die Punkte vor und nach dem Signalverlust wie alle anderen zwei Punkte behandelt (obwohl zwischen ihnen mehr Zeit vergangen ist) und sie mit einer geraden Linie verbinden.

GPS-Bounce

Ein „sprunghafter“ GPS-Track kann dazu führen, dass Ihre Aktivität mehr Distanz meldet, als Sie tatsächlich zurückgelegt haben, da jeder „Zick“ und „Zack“ Ihres GPS-Tracks mit einer geraden Verbindungslinie berücksichtigt werden muss

Funkstörungen oder Störungen

Satellitenwartung/-manöver führen zu vorübergehenden Lücken in der Abdeckung In einigen Fällen funktioniert die GPS-Hardware eines Geräts einwandfrei, aber die verwendete Software ist fehlerhaft. Beispielsweise können Benutzer mit GPS-Softwarediensten in die Irre geführt werden, darunter:

Falsch gezeichnete Karten
Falsch gekennzeichnete Geschäfte und andere Sehenswürdigkeiten
Fehlende Straßen, Gebäude, Gemeinden usw.
Falsch geschätzte Straßenadressen

Das Global Positioning System (GPS) ist eine Satellitenkonstellation, die hochgenaue Positionierungs-, Navigations- und Zeitmessungsmessungen (PNT) weltweit unterstützt. Als eines der ersten Satellitenpositionierungssysteme ist GPS zu einem festen Bestandteil der weltweiten Arbeit geworden, darunter Präzisionslandwirtschaft, autonome Fahrzeuge, Schiffs- oder Luftvermessung und Verteidigungsanwendungen.

In diesem Artikel erklären wir, was GPS ist, wie es funktioniert, was die Unterschiede zwischen GPS und anderen Satellitensystemen wie Global Navigation Satellite Systems (GNSS) sind, sowie die Geräte und Anwendungen, die GPS unterstützt. Weitere Informationen zu GPS- und Satellitentechnologien finden Sie in unserem Buch An Introduction to GNSS.

Was ist GPS?

GPS ist eines von vielen GNSS, das Positionierungs-, Navigations- und Zeitmessungsmessungen (PNT) bereitstellt. Obwohl es von der U.S. Space Force, einem Zweig der U.S. Armed Forces, betrieben wird, steht GPS jedem weltweit zur Verfügung.

GPS wurde 1973 gestartet und startete 1978 seinen ersten Satelliten. Satelliten werden in Serien entwickelt und gestartet, die als Blöcke bekannt sind. Insgesamt wurden zwischen 1978 und 1981 10 Block-I-GPS-Satelliten gestartet. Die Satelliten der Block-II-Serie wurden ab 1989 gestartet und konnten auf zwei L-Band-Funkfrequenzen senden. Block II von GPS hatte mehrere Entwicklungsserien, darunter Block IIA, IIR, IIR-M und IIF. Jeder Satz von Satelliten baut auf den vorherigen Entwürfen und Fähigkeiten auf und gipfelt in Block III. Diese dritte Generation von GPS-Satelliten beginnt mit den neuen Signalen und der höheren Sendeleistung der Block IIIA-Serie. Der erste IIIA-Satellit von 10 wurde 2018 gestartet.

Wofür steht GPS?

GPS steht für Global Positioning System. Es wird auch oft verwendet, um das Ortungssystem selbst zu beschreiben, zum Beispiel das eingebaute GPS Ihres Fahrzeugs.

Wie funktioniert GPS?

Wie viele andere GNSS-Konstellationen umfasst GPS drei Hauptsegmente: das Weltraumsegment, das Kontrollsegment und das Benutzersegment.

Das GPS-Weltraumsegment umfasst über 30 Satelliten im Orbit, die von der U.S. Space Force betrieben und gewartet werden. Diese Satelliten senden Funksignale an Kontroll- und Überwachungsstationen auf der Erde und direkt an Benutzer, die eine hochpräzise Satellitenortung benötigen.

Die U.S. Space Force überwacht auch das GPS-Kontrollsegment. Es umfasst Hauptkontroll- und Backup-Kontrollstationen, dedizierte Bodenantennen und mehrere Überwachungsstationen, die sich weltweit befinden. Diese Stationen sorgen dafür, dass die GPS-Satelliten intakt sind, an den richtigen Orten kreisen und genaue Atomuhren an Bord haben. Diese Stationen sind integraler Bestandteil des Gesamtzustands und der Genauigkeit der GPS-Konstellation.

Das Benutzersegment umfasst alle, die sich für PNT-Messungen auf GPS-Satelliten verlassen. Von einem Mobiltelefon, das Wegbeschreibungen bereitstellt, bis hin zu autonomen Fahrzeugen, die eine genaue Positionsbestimmung auf Fahrspurebene erfordern; Von einem Landwirt, der Jahr für Jahr Pflanz- und Ernterouten verfolgt, bis hin zu einem UAV, das einen Regenwald kartiert, verwenden viele Anwendungen GPS für hochpräzise Positionierung und Genauigkeit auf der ganzen Welt.

Was sind GPS-Satellitensignale?

Satelliten senden kontinuierlich ihre Umlaufbahnposition und die genaue Zeit an dieser Position auf Funkfrequenzen. Dieses Signal wird zusammen mit mindestens drei anderen Satellitensignalen von Antennen empfangen und dann in einem GPS-Empfänger verarbeitet, um den Standort eines Benutzers zu berechnen.

GPS-Sendungen auf den zivilen Frequenzen L1 (1575,42 MHz), L2 (1227,60 MHz) und L5 (1176,45 MHz); GPS sendet auch auf L3 (1381,05 MHz) und L4 (1379,913 MHz) für staatliche und regionale satellitengestützte Erweiterungssysteme (SBAS). Mehrere Satelliten senden auch M-Code, einen Militärcode, der auf den L1- und L2-Frequenzen übertragen wird und ausschließlich für die Verwendung durch das US-Militär bestimmt ist.

Was ist M-Code?

M-Code ist eine GPS-spezifische Signalübertragung zur Unterstützung des US-Verteidigungsministeriums. Dieses Signal wurde erstmals mit dem Start des Block IIR-M-Satelliten im Jahr 2005 ausgestrahlt. M-Code bietet eine Verteidigungsebene gegen störende Interferenzen durch 21 M-Code-fähige GPS-Satelliten.

M-Code sendet auf den vorhandenen L1- und L2-L-Band-Frequenzen von GPS, wird jedoch moduliert, um L1/L2-Signale nicht zu stören. Militärische Empfänger können PNT allein durch M-Code berechnen. Darüber hinaus verwenden militärische Anwendungen M-Code, um die Leistung von L1- und L2-Signalen zu erhöhen, um Widerstandsfähigkeit gegen Interferenzen, Störungen und Spoofing-Vorfälle aufzubauen. GPS-Signale sind immer noch anfällig für Störungen, aber M-Code bietet eine Verteidigungsschicht gegen solche Störungen. Es gibt viele zusätzliche Ebenen von Anti-Jamming-Verteidigungen, die für die Etablierung einer gesicherten PNT auf GPS-Systemen entscheidend sind.

GPS-Genauigkeit

Ein Ortungssystem ist nur so gut wie sein Prozessor. Ein hochpräziser GPS-Empfänger ist viel genauer als beispielsweise ein Mobiltelefon. Potenzielle Fehlerquellen werden identifiziert und an Überwachungs- und Kontrollstationen modelliert, um die Genauigkeit zu optimieren.

Die meisten Fehler stammen von Taktfehlern, Orbitaldrift, atmosphärischen und Mehrwegverzögerungen und Hochfrequenzstörungen. Diese Quellen bedrohen ständig die Positionierungs-, Navigations- und Zeitgenauigkeit, indem sie zu einer geometrischen Verdünnung der Präzision beitragen.

Einige Technologien tragen dazu bei, die Verwässerung der Präzision und diese Fehler zu mindern, darunter Abonnements für GNSS/GPS-Korrekturdienste, SBAS und die Fusion zusätzlicher Sensoren wie Trägheitsnavigationssysteme oder Radar. Präzisere GPS-Empfänger helfen auch, Fehler durch verschiedene Algorithmen zu mindern, indem sie eine Position durch Pseudoentfernungs- oder Trägerwellenberechnungen berechnen.

Anwendungen von GPS

GPS unterstützt Anwendungen auf der ganzen Welt, die sich auf Satellitentechnologie für sichere Positions-, Navigations- und Zeitmessungen verlassen. Diese Anwendungen unterscheiden sich je nach Branche, aber die Verwendung von GPS basiert auf ihrem Bedarf an einer genauen Position, einer zuverlässigen und sicheren Navigation, der Verfolgung und Überwachung der Bewegung eines Objekts, der Vermessung und Kartierung eines Bereichs oder der Zeitmessung innerhalb einer Milliardstel Sekunde.

Beispielsweise verlassen sich Bergbauanwendungen auf GPS, um ein Gebiet zu vermessen, bevor sie mit dem Betrieb beginnen. Unternehmen verfolgen potenzielle Mineralvorkommen, identifizieren Gebiete, die sie meiden sollten, um ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern, und aktivieren autonome Maschinen, die Mineralien über das Gelände transportieren.

Anwendungen, die eine hochpräzise Ortung erfordern, nutzen GPS neben anderen Konstellationen. Aufgrund seines verschlüsselten M-Code-Signals verlässt sich das US-Militär jedoch auf einzigartige Weise auf GPS. M-Code ermöglicht es dem Militär, den kontinuierlichen Zugriff auf die Positionsbestimmung zu sichern und Widerstandsfähigkeit gegenüber potenziellen Stör- und Interferenzquellen aufzubauen.