Satellitennavigation
Teilgebiet der Radionavigation mithilfe künstlicher Erdsatelliten. Im wesentlichen sind zwei Konzepte im Gebrauch. Bei der Nutzung des Doppler-Effektes wird die Frequenzverschiebung der Satellitensignale im Bodenempfänger gemessen und in Entfernungsdifferenzen umgerechnet, aus denen bei bekannten Satellitenpositionen die Nutzerposition abgeleitet werden kann. Dieses Konzept wurde im Navy Navigation Satellite System (Transit) von 1967 bis 1996 sehr erfolgreich verwendet. Ein aktuelles auf dem Dopplerprinzip beruhendes System ist DORIS. Ein sehr leistungsfähiges und konzeptionell einfaches Verfahren, das die Verfügbarkeit hoch präziser Uhren im Satelliten voraussetzt, beruht auf der Messung der Zeitdifferenz zwischen ausgesandten und empfangenen Signalen und der daraus abgeleiteten Entfernungen. Ein Zwei-Wege-Verfahren, bei dem die Bodenstationen die Signale zum Satelliten zurücksenden, ist PRARE.
Für operationelle Systeme ohne Beschränkung der Nutzeranzahl wird ein Ein-Weg-Verfahren gewählt, bei dem die Signale nur vom Satelliten ausgesandt werden. Hierzu gehören das NAVSTAR GPS und GLONASS sowie künftig das europäische Galileo. Ein viertes globales und mit GPS vergleichbares Satellitennavigationssystem entwickelt China mit Beidou (alt. Compass). Die Besonderheit hier liegt darin, dass die Satelliten in einer üblichen mittleren Bahnhöhe von ca. 20.000 Kilometern über der Erdoberfläche durch geostationäre Satelliten in einer Bahnhöhe von ca. 36.000 Kilometern ergänzt werden. Zusätzlich bietet BeiDou sogenannte IGSO-Satelliten mit einer Bahn, die sich in ihrer Projektion auf die Erdoberfläche als 8 darstellt.
 | Vergleich der Orbits verschiedener Navigationssatelliten Vergleich der Orbits von GPS, GLONASS, Galileo und COMPASS (mittlere Erdumlaufbahnen) mit der Internationalen Raumstation, dem Hubble Space Telescope, geostationären Orbits und Friedhofsorbits und der Größe der Erde. Für dieses Diagramm wurde der dreidimensionale Aspekt der Bahnen abgeflacht. So blickt man beispielsweise auf den Nordpol hinunter, wodurch die Bahndarstellungen äquatorial erscheinen. Während dies für geostationäre Bahnen zutrifft, befinden sich andere aufgelistete Bahnen tatsächlich in signifikanten Neigungen. Die Neigung der Iridiumbahnen beträgt 86,4°, was nahezu senkrecht zur dargestellten Ebene liegt. Wenn man von diesem Zenit aus auf den Nordpol hinunterblickt, erscheint eine polare Umlaufbahn mit 90° Neigung tatsächlich als gerade Linie. Quelle: Wikipedia |
Seit vielen Jahren wird GPS erfolgreich für zahlreiche Anwendungen eingesetzt. Diese reichen von Navigationsaufgaben, z. B. der Fahrzeugnavigation mit einem Genauigkeitsanspruch von einigen Metern bis zur millimetergenauen Vermessung von geophysikalischen Veränderungsprozessen der Erdoberfläche. Aus der Einbeziehung weiterer Satellitensysteme ergeben sich nun sowohl Chancen als auch neue Probleme, die es zu lösen gilt. Durch Nutzung von bis zu vier Satellitensystemen erhöht sich die Zahl der beobachtbaren Satelliten an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt von 10 bis 12 auf über 40. In schwierigen Empfangssituationen, z. B. in den Straßenschluchten der Innenstädte oder im Wald verbessert sich damit die Verfügbarkeit der Signale deutlich. Verschiedene Systeme unabhängiger Betreiber verbessern aber auch die Ausfallsicherheit satellitengestützter Navigation, da der Ausfall eines einzelnen Systems von den anderen kompensiert werden kann.
Die Positionierung, d. h. der genaue Standort eines GNSS-Empfängers ergibt sich aus den ausgewerteten Laufzeiten der Signale vom Satelliten zum Empfänger bei bekannten Satellitenpositionen im All. Informationen zu den Satellitenpositionen werden mit den Satellitensignalen ausgesendet. Sie werden vom Systembetreiber aus einem Netz von festen Bodenstationen abgeleitet. Deren Koordinaten und Koordinatenänderungen über die Zeit hinweg müssen dazu mit höchster Genauigkeit in einem weltweiten Referenzsystem vorliegen.
Um Beobachtungen und Analyseergebnisse verschiedener Navigationssysteme gemeinsam nutzen zu können, bedarf es der Definition einheitlicher Standards. Durch offene Datenformate lassen sich Daten besser austauschen und stellen auch auf der Nutzerseite einen offenen Wettbewerb unter den Markteilnehmern sicher. Dies bedeutet zum Beispiel, dass GNSS-Empfänger verschiedener Hersteller innerhalb eines Referenznetzes verwendet werden können.
Weitere Informationen:
Satellitenmission
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