GPS-Gerät

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GPS-Empfänger sind Geräte, die Positionssignale des Satellitensystems GPS empfangen und auswerten. Da GPS zurzeit (2008) das ausgereifteste System ist, sind Empfänger für andere Navigationssatellitensysteme fast immer Multisystem, die auch die Ortung über GPS ermöglichen.

Empfängerklassen

Je nach Anforderung, Auswertung und Bereitstellung der Daten unterscheidet man verschiedene Klassen von Geräten:

Tracking

einfacher GPS-Empfänger

Sogenannte GPS-Mäuse nehmen fortlaufend Positionsdaten auf (Tracks), übertragen oder speichern sie. Die Ausgabe erfolgt in einem externen Rechner. Bei GPS-Geräten für Outdoor-Aktivitäten ist die Auswerteeinheit integriert. Eingesetzt werden sie für Geländekartierung, zum Erstellen von Straßenkarten (OpenStreetMap) oder bei Geocaching.

Die gängigen Navigationsgeräte werten nur eine GPS-Frequenz aus (Stand 2008) und erreichen im Mittel eine Positionsgenauigkeit von 10 m. Durch Abschattung können kurzzeitige Schwankungen von mehreren 100 m oder vollständiger Verbindungsverlust auftreten. Für sicherheitskritische Anwendungen, beispielsweise autonome Steuerung von Fahrzeugen, sind die einfachen Geräte nicht geeignet.

Navigation

Navigationsgerät für Automobile.

Für die Straßennavigation genügt es nicht, den eigenen Standort zu kennen. Er muß zusätzlich auf einer Straßenkarte lokalisiert werden. Durch Verknüpfen mit weiteren Datensätzen kann ein Navigationssystem den Benutzer im Straßennetz navigieren. Dadurch erkennt es Einbahnstraßen oder kann frühzeitig auf Autobahnausfahrten hinweisen.

Präzisionsgeräte

Industrieempfänger sind mit tellergroßen Antennen ausgestattet. Wie Consumergeräte können auch sie nicht das militärische GPS-Signal auslesen. Aber zumindest empfangen sie das Trägersignal und leiten daraus Korrekturen für die Positionsbestimmung ab. Die Software ist für den Empfang aller sichtbaren GPS-Satelliten ausgelegt, und nicht nur auf den der 4-8 stärksten Satelliten wie bei einfachen Geräten.

Wenn Industriegeräte das Zusatzsignal des kostenlosen (Stand 2008) Dienstes EGNOS empfangen, steigern sie die Genauigkeit auf unter 1 m. Kommerzielle DGPS-Korrektursignale (Beispiel SAPOS) verbessern die Ortsbestimmung um eine Größenordnung. Eine nachträgliche Auswertung der Meßwerte liefert eine Genauigkeit von unter 1 cm.

Militärische Empfänger

Neben dem kommerziellen Signal (L1) übertragen die GPS-Satelliten ein weiteres militärisches Signal (L2, Stand 2008). Nur die US-Army und das britische Militär besitzen einen Schlüssel, um es zu dekodieren.

Datenformat

Waypoints, Routes and Trackpoints

Die Schnittstelle von GPS-Empfangseinheiten ist genormt. Die Daten werden im sogenannten NMEA-Format bereitgestellt. Manche Funkmäuse liefern diesen Datenstrom unmittelbar aus. Wenn der GPS-Empfänger die Daten weiter verarbeitet, erstellt er aus den Rohdaten einen sogenannten Track. Es ist eine Abfolge von Wegpunkten, die in kurzen Abständen aufgezeichnet werden. Man spricht von einer Route, wenn der Track auf wenige wesentliche Wegpunkte reduziert wurde. Ein Wegpunkt selbst ist die Koordinatendarstellung eines Raumpunktes. Er beschreibt mindestens die Ortskoordinaten Länge und Breite, meist auch Zeitpunkt der Aufnahme und Höhe. Besondere Wegpunkte erhalten weitere Attribute, beispielsweise eine Beschreibung oder Kommentar. Fast alle proprietären Standards lassen sich in das offene XML-basierte Format GPS Exchange Format (GPX) umrechnen. Auch die neueren Versionen von Google Earth können GPX darstellen.

Hersteller

Einige bekannte Hersteller von Navigationsinstrumenten sind Tom Tom, Navigon, Garmin, Magellan Navigation, Blaupunkt, Decca, Litton oder Sercel. Weniger bekannt ist der Hersteller IGL Telematics in Deutschland, der Geräte speziell für die Ortung von Fahrzeugen anbietet.

Kartenanbieter

Bekannte Anbieter von elektronischen Karten sind Tele Atlas oder Navteq. Sie beherrschen den kommerziellen Markt. Die Landesvermessungsämter in Deutschland (Topo-Karten) und die Vermessungsverwaltung der Schweiz (Landeskarte) bieten Wanderkarten an. Seekarten gibt es von verschiedenen Herstellern.

OpenStreetMap ist die kostenlose und frei verfügbare Alternative der Opensource-Bewegung. Die Daten von OpenStreetMap sind vergleichbar mit den Artikeln von Wikipedia. Die Weltkarte gibt es in mehreren Ausführungen, zusätzlich gibt es Routing-Karten (Auto, Fahrrad, Fußgänger), und spezielle Karten für Radfahrer, Wanderen und Reiter, Skifahrer. Eine Karte für Segler und Sportschiffer, und eine für Kajakfahrer und Flussfahrer ist in Arbeit.Fu

Anwendung

Garmin-Oregon 400t mit aktivem EGNOS-Empfang

Das Bild rechts zeigt eine typische Darstellung eines GPS-Empfängers. Die grünen Punkte im gelben Kreis markieren die Positionen der empfangenen Satelliten, dargestellt als stereographische Projektion der Himmels-Hemisphäre des Beobachters. Satellit Nr. 3, 22 und 19 bewegen sich fast senkrecht über den Empfänger hinweg. Die Satelliten 16 und 28 stehen so nahe am Horizont, dass ihre Daten nicht ausgewertet werden können. Deshalb erhalten sie in der Balkendarstellung für die Signalgüte keinen grünen Balken. Der Satellit 33 ist ein geostationärer EGNOS-Satellit, der zusätzlich Signalkorrekturdaten liefert. Relativ zum Empfänger steht er bei ca. 30°W und einer Höhe von ca. 40°. Auf die durch EGNOS verbesserten Werte weist der Buchstabe D in den grünen Balken hin. EGNOS ermöglicht unter günstigen Umständen eine Ortsauflösung im Meterbereich.

Siehe auch

• GPS-Navigation
• Expedition