Allgemein:
Jeder Ort auf der Erde ist durch die Angabe der geographischen Breite, Länge und Höhe vollständig bestimmt. Das GPS (Global Positioning System) besteht aus einem Netz von 24 Satelliten, die auf niedrigen Orbits um die Erde kreisen und Signale aussenden, die auf der Erde empfangen werden können. Wenn wenigstens drei dieser Satelliten für das Empfangsgerät sichtbar sind, kann es daraus einen Ort aus der Länge und Breite bestimmen. Ab vier Satelliten ist auch die Höhe bestimmbar. Aus den unterschiedlichen Laufzeiten und der momentanen Position der einzelnen Satelliten ermittelt der Empfänger seine Positionsdaten. Generell gilt, dass die Ortsbestimmung umso genauer ist, je mehr Satelliten empfangen werden können (in der Regel bis zu neun). Das Signal von den Satelliten wird von bestimmten festen Materialen wie Beton, Stahl oder Gesteine abgeschirmt, so dass in Tunneln oder unter Gebäuden kein Standort mit diesem System bestimmt werden kann. GPS wird vom US-amerikanischen Militär betrieben. In den ersten Jahren des Betriebs war die Genauigkeit auf dem öffentlichen Kanal eingeschränkt. Gegenwärtig ist die Genauigkeit von GPS mit etwa 10 m angegeben. In Bewegung ist diese Genauigkeit allerdings geringer. Aber auch im Stillstand kann die Genauigkeit des Systems die Angabe deutlich unterschreiten. Die GPS-Empfangsdaten liegen im globalen Koordinatensystem WGS84 vor.
Die Modulation ist Biphase Shift Keying (Phasensprünge von 180°) und die Codierung CDMA (Code Division Multiple Access => alle Satelliten senden auf der gleichen Frequenz. Die verwendeten Codes sind Orthogonal. Das bedeutet, dass das Kreuzprodukt immer null ergibt. Nur wenn einer der 37 möglichen Satelliten-Codes übereinstimmt erhält man ein Nutzsignal).
NMEA (National Marine Electronics Association) ist das Protokoll des Empfängers zum Auswertegerät (PC, PDA). Dies hat also nichts mit der Genauigkeit zu tun.
Die Genauigkeit liegt in der Datenrate vom Satellit, welche bei öffentlichen Anwendungen 50bit/s beträgt und somit eine Genauigkeit von 10..30m erlaubt. Bei militärischen Anwendungen beträgt die Datenrate 1500bit/s, welche eine Genauigkeit von 10cm ermöglicht. Vorausgesetzt man hat genügend Satelliten im Empfangsbereich.
Die Chiprate beträgt 1,023 MHz und die Codelänge 1023 Chips. Die Coderate ist somit 1kHz.
Einige Navigeräte (unter anderem auch die Becker) besitzen ein Gyrosensor, damit die Fahrzeugbewegungen (auch Lenkbewegungen) erfasst werden und so auch bei keinem Empfang mit Hilfe des Tachosignals navigiert werden kann. Das Tachosignal alleine reicht nicht aus, da damit nur der Weg aber nicht die Richtung bekannt ist.
In Ballungsgebieten kommt es nun auf die Kombination aller Systeme und auf einen schlauen Algorithmus an, da es durchaus möglich ist, dass man zwar 5 Satelliten sieht, aber nur 2 oder 3 gültige Daten haben, weil die Signale der anderen an Häuserwänden oder Bergen reflektiert werden.
Wir haben da Messungen in hügligen Gebieten gemacht und Abweichungen von der Strasse bis zu 20km gemessen.
In Städten mittels Handgeräten hatten wir auch schon Abweichungen von mehreren hundert Metern.
Fazit: Gute Navigation setzt immer eine Kombination von allen Signalen, von Gyrosensoren und guten Algorithmen voraus.
Billigkisten können das nicht.
Vielleicht noch was interessantes dazu:
Warum dauert (30s oder mehr) es so lange bei einem Kaltstart?
Da alle Satelliten auf der gleichen Frequenz senden, sind alle Signale überlagert. Damit der Empfänger die Satelliten separieren kann, wird eben das schon erwähnte Kreuzprodukt gebildet. Da diese Signale praktisch im Rauschen untergehen, dauert es eine gewisse Zeit, bis der Empfänger alle Satelliten decodiert und durch hat.
Bei einem Warmstart weiss das Gerät bereits, welche Zeit und letzte Position vorliegt. Mittels dieser Daten kann das Gerät berechnen, welche Satelliten am Himmel stehen müssten. Der Empfänger nimmt bereits zu Beginn die richtigen Codes (er braucht nur 4 für die erste Position) und ist damit schneller, als wenn er alle 24 durchprobieren muss.
Auf der Erde gibt es für GPS zwei Atomuhren. Die Bodenstation misst regelmässig die genaue Poition der Satelitten aus. Diese Daten (Uhrzeit und Position) werden dann zu den Satelitten gefunkt. Die Satelitten senden dann die zugewiesenen Orthogonalen-Codes mit Uhrzeit und eigener Position wieder aus. Der Empfänger kann dann aus diesen Informationen und der Laufzeit der Signale vom Satellit zum Empfänger die Position bestimmen.
Da gibt es dann noch DGPS (Differential GPS).
Um die Genauigkeit zu erhöhen, wird auf der Erde ein Referenzsender (UKW) gebaut, welcher die verfälschten Signale der Amerikaner korrigiert, in dem die Abweichungen der einzelnen Satelliten übermittelt werden.
Grüsse
Martin