Arbeitsprinzip eines globalen Positionierungssystems
Ein globales Positionsbestimmungssystem, das zur Navigation und Ortung von Objekten und Orten eingesetzt wird, funktioniert in der Regel nach dem Grundprinzip des Austauschs von Funkwellen zwischen den Bodenstationen, den Satelliten und den Empfängern. Bei dieser Übertragung und dem Empfang von Daten wird ein Trilaterationsmechanismus bevorzugt. Der trilaterale Mechanismus besagt, dass sich ein Objekt oder ein Gerät in der Reichweite von mindestens vier Satelliten befinden muss, um seinen genauen Standort zu bestimmen. Die Anzahl der Satelliten, die Daten zum und vom Objekt senden und empfangen, ist direkt proportional zur Genauigkeit der vom GPS verarbeiteten Informationen. Das bedeutet, dass sich die Genauigkeit der Standortbestimmung des Geräts proportional erhöht, wenn die Anzahl der Satelliten, die mit dem Gerät kommunizieren können, erhöht wird. Der Trilaterationsmechanismus kann sowohl in der 2-dimensionalen als auch in der 3-dimensionalen Ansicht überprüft werden. Der zweidimensionale Trilaterationsmechanismus nutzt die Längen- und Breitengrade, um den Standort eines bestimmten Ortes zu bestimmen. Ein dreidimensionaler Trilaterationsmechanismus hingegen verwendet Längen-, Breiten- und Höhenwerte.
Teile eines globalen Positionsbestimmungssystems
1. Bodenstationen
2. Satelliten
3. Empfänger
Funktionsweise eines globalen Positionsbestimmungssystems
Arbeitsprinzip eines globalen Positionierungssystems
Teile eines globalen Positionsbestimmungssystems
Die Funktionsweise eines globalen Positionsbestimmungssystems lässt sich in der Regel in drei Hauptteile unterteilen, nämlich eine Bodenstation, ein Satellitennetz und einen Empfänger.
1. Bodenstationen
Die Bodenstationen eines globalen Positionierungssystems verwenden in der Regel mehrere RADARs, um die Position und den Zustand der Satelliten im Weltraum zu überwachen. Die Satelliten bewegen sich in der Regel auf einer festen Kreisbahn um die Erde und sind anfällig für häufige Abnutzungserscheinungen. Die Bodenstationen helfen dabei, den Zustand der Satelliten zu überwachen. Das Funktionieren eines globalen Positionierungssystems zur Erkennung des Standorts eines bestimmten Objekts oder Ortes hängt in erster Linie von der Position der Satelliten ab. Deshalb müssen die Informationen über die Position, die Entfernung, den Standort und den Zustand eines Satelliten von den RADARs, die in den Bodenstationen verfügbar sind, zu jedem Zeitpunkt verarbeitet und gepflegt werden.
2. Satelliten
Ein globales Positionierungssystem besteht in der Regel aus einem Netz von 32 Satelliten, die die Erde umkreisen. 24 der 32 Satelliten sind die Kernsatelliten, während die restlichen 8 als Notfallsatelliten bezeichnet werden. Die Notfallsatelliten sind für den Fall reserviert, dass bei einem der Kernsatelliten eine Fehlfunktion oder ein Ausfall auftritt. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Satelliten beträgt etwa 10 Jahre. Die Satelliten empfangen das von den Bodenstationen ausgestrahlte Signal und senden es nach der Verarbeitung zurück zur Erde.
3. Empfänger
Das Empfängerelement eines globalen Ortungssystems ist nichts anderes als der GPS-Chip, der sich in den Geräten befindet, die wir in unserem täglichen Leben benutzen. Das bedeutet, dass die Mobiltelefone, die wir benutzen, die Smartwatches, die wir tragen, und das Navigationssystem, das in unseren Fahrzeugen installiert ist, als Empfänger und integraler Bestandteil des globalen Positionierungssystems dienen. Die Empfangsgeräte empfangen kontinuierlich Signale von den Satelliten und helfen bei der Berechnung der Entfernung zwischen den Empfangsgeräten und dem Satellitennetz. Die mit Hilfe von vier oder mehr Satelliten im Weltraum geschätzte Entfernung hilft, die genaue Position eines Objekts, eines Geräts oder einer Person zu bestimmen.
Funktionsweise eines globalen Positionierungssystems
Die Funktionsweise eines globalen Positionierungssystems umfasst einfache Schritte. Der erste Schritt ist die kontinuierliche Übertragung des Signals vom Satelliten an den GPS-Empfänger. Dieses Übertragungssignal enthält Informationen über die aktuelle Position des Satelliten und die aktuelle Zeit. Die Position des Satelliten lässt sich leicht bestimmen, da sich die Satelliten in der Regel auf einer festen Umlaufbahn bewegen. Das Signal, das von den Empfangsgeräten empfangen wird, wird dann verarbeitet und ausgewertet. Das Hauptziel besteht darin, die Position von mindestens drei Satelliten im Weltraum und den Abstand des Empfangsgeräts zu diesen Satelliten zu bestimmen. Da die Geschwindigkeit, mit der sich das Signal zwischen dem Satelliten und dem Empfänger bewegt, gleich der Lichtgeschwindigkeit ist und die Zeit, die das Signal für den Weg vom Weltraum zur Erde und umgekehrt benötigt, mit Hilfe eines Zeitmesskreises ermittelt wird, kann die Berechnung der Entfernung leicht mit Hilfe der Formel für Geschwindigkeit und Entfernung durchgeführt werden. Die Zeitmessungsschaltungen, die von einigen globalen Positionierungssystemen verwendet werden, nutzen Atomuhren; sie können jedoch aufgrund der hohen Kosten nicht für jede GPS-Anwendung eingesetzt werden. Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung von Satelliten im Weltraum zur Schätzung des Standorts von Objekten auf der Erdoberfläche und zur Bestimmung der aktuellen Zeit ist die relative Natur der