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Global Navigation Satellite System (GNSS), zu deutsch etwa weltweites Navigationssatellitensystem, ist die Bezeichnung für ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang von Satelliten
GNSS-Satelliten teilen über Funk ihre genaue Position und Uhrzeit mit. Zur Positionsbestimmung muss der Beobachter die Signale von mindestens vier unabhängigen Satelliten gleichzeitig empfangen. Durch Bestimmung der Laufzeit und Triangulierung leitet er daraus seine eigene Position ab.
Stationäre Empfangsstationen verbessern die Positionsgenauigkeit, indem sie Korrektursignale (DGPS) an die Nutzer übermitteln. Satellitengestütze Zusatzsysteme, engl. Satellite-Based Augmentation Systems (SBAS), sind das europäische EGNOS, das US-amerikanische WAAS, das japanische MSAS und das indische GAGAN, die die Korrektursignale über geostationäre Satelliten abstrahlen. Das chinesische System Compass befindet sich noch im Aufbau.
Arbeitsweise
Triangulation
Eine Methode zur Positionsbestimmung ist die Triangulation. Vom eigenen Standort aus misst man den Winkel, unter dem zwei bekannte Objekte erscheinen. Dann befindet man sich irgendwo auf dem Kreis, der durch die Rotation des Scheitelpunkts um die Verbindungslinie zwischen den beiden Objekten aufgespannt wird. Meist steht man auf der Erde, weshalb zwei Bezugspunkte ausreichen. Um die eigene Höhe über der Erdoberfläche zu bestimmen, ist ein weiteres Referenzobjekt notwendig.
Satelliten-Triangulation
Bei der Standortbestimmung über Satelliten misst man keine Winkel, sondern Entfernungen. Kennt man den Abstand zu drei Satelliten bekannter Position, ist der eigene Standort nach Position und Höhe eindeutig festgelegt.
Messpraxis
Der Satellitenstandort ändert sich ständig und mit ihm die Entfernung des Satelliten zur Erde. Diese Parameter lassen sich deshalb vom Beobachter nicht direkt bestimmen. Dafür kennt der Satellit seine momentane Position, die die Bodenstation regelmäßig abgleicht. Die Entfernung vom Satelliten zum Beobachter erschließt sich aus der Signallaufzeit.
Der Satellit strahlt fortwährend seine Positionsdaten und ein Zeitsignal aus. Durch den Vergleich mit einer eigenen Uhr weiß der Beobachter, wie lange das Signal bis zu ihm gebraucht hat. Für eine Genauigkeit von 3 Meter muss die Zeitunsicherheit kleiner als 10 Nanosekunden sein.
Anstatt den Empfänger mit einer hochgenauen Atomuhr auszustatten, leitet man die Zeit aus den Zeitsignalen der Satelliten ab. Deshalb benötigt man zur Positionsbestimmung nicht nur drei, sondern vier Satelliten, um die vier Unbekannten geographische Länge, geographische Breite, Höhe über der Erde und Zeit abzuschätzen (Rechenbeispiel siehe GPS-Grundgleichungen)
Messfehler
Wie bei der Triangulation sollte das Volumen der Pyramide, die die Satelliten mit dem Beobachter an der Spitze aufspannen, möglichst groß sein. Liegen die Satelliten auf einer Linie, ist keine genaue Ortsbestimmung möglich.
Die Atmosphäre verändert die Signallaufzeit. Anders als bei der Troposhäre ist der Einfluss der Ionosphäre frequenzabhängig. Er lässt sich teilweise korrigieren, wenn der Empfänger Signale auswertet, die der Satellit auf unterschiedlichen Frequenzen sendet.
Folgende Messfehler beeinflussen die Positionsgenauigkeit:
| Quelle | Zeitfehler | Ortsfehler |
|---|---|---|
| Satellitenposition | 6-60 ns | 1-10 m |
| Ionosphäre | 0-180 ns | 0-30 m (?) |
| Troposphäre | 0-180 ns | 0-30 m (?) |
| Mehrwegeeffekte | 0-6 ns | 0-1 m |
| Zeitdrift | 0-9 ns | 0-1.5 m |
Die Genauigkeit nimmt zu, wenn mehr als 4 Satelliten empfangen werden können. Wenn die Messung nicht zeitkritisch ist, lassen sich die Fehler nachträglich durch Vergleich mit Referenzmessungen weiter verringern, siehe auch Differential-GPS (DGPS).
Bezeichnungen
Die militärischen Systeme GPS der USA und das russische GLONASS nennt man Systeme der ersten Generation. Nach der Aufrüstung mit neuen Satelliten steht GPS der zweiten Generation voraussichtlich bis 2012 zur Verfügung. Es wird vergleichbar sein mit Galileo, das ebenfalls zur zweiten Generation gezählt wird. Im ESA-Sprachgebrauch steht GNSS-1 für SBAS-Systeme, GNSS-2 für Galileo und Systeme der zweiten Generation.
Weblinks
Siehe auch
Sonstiges (Raumfahrt) | Navigation
Global Navigation Satellite System | Sistema global de navegación por satélite | Système de positionnement
"Global Navigation Satellite System"