GPS-Satellit

Satelliten: Position, Empfang und Signal

In einer Entfernung von über 20000 km zur Oberfläche umkreisen mehr als 30 Satelliten die Erde. Sie bewegen sich auf sechs Umlaufbahnen (Satellitenorbit), welche im Abstand von 60° geografische Länge und um 55° gegenüber der Äquatorebene geneigt angeordnet sind. Auf jeder dieser Bahnen befinden sich mindestens vier aktive Satelliten, die mit einer Geschwindigkeit von fast vier Kilometern pro Sekunde die Erde zwei Mal täglich umkreisen.
Aufgrund der Erdrotation ist der Empfang von Satellitensignalen von der Tage­szeit weitgehend unabhängig und wird vor allem vom jeweiligen Standort bestimmt. So ist an den Polen der Zugriff auf mindestens vier Satelliten möglich, in Europa auf bis zu zwölf. Die von den Satelliten dauerhaft gesendeten Signale sind hochfrequente elektromagnetische Wellen, die Daten mit Licht­ge­schwin­digkeit in Richtung Erde übertragen. Für eine Ortung entscheidend sind dabei die Zeit der synchronisierten „on-board“ Atomuhr sowie genaue Position und Bezeichnung des jeweiligen Satelliten. Aus diesen Daten ermittelt ein GPS-Empfänger den genauen Abstand zu einem Satelliten.

Ortung via Satellit

TiProNet  - GPS-Satellitenortung Die Ausbreitung von Satellitensignalen lässt sich als geometrischer Kegel beschreiben (siehe Bild oben). Vereinfacht zeichnen diese Signale beim Auftreffen auf die Erde eine Art Kreisfläche ab. Der Rand (Kreis) einer solchen Fläche wird durch den verwendeten GPS-Empfänger bestimmt, da dieser aus dem empfangen Signal lediglich die Entfernung zum Satelliten jedoch nicht die exakte Position errechnen kann, sich theoretisch also überall auf diesem Kreis befinden könnte (Satellit 1 - roter Kreis). Ein zweites Satellitensignal wird benötigt, das einen weiteren Kreis bestimmen lässt (Satellit 2 - grüner Kreis). Die Position des Empfängers wird damit auf zwei Standorte, die beiden Schnittpunkte der Ränder eingegrenzt. Mit einem dritten Signal (Satellit 3 - blauer Kreis) wird letztlich die tatsächliche Position errechnet, denn der Abgleich der Abstände zu drei Satelliten führt zur eindeutigen Bestimmung der Position.
Zur Gewährleistung möglichst exakter Strecken- und Geschwindigkeitsmessungen verwenden neue Geräte ein viertes Satellitensignal. Es erfolgt damit eine zeitliche Synchronisation, die die Position des Empfängers millimetergenau ermitteln lässt und damit Geschwindigkeitsmessungen optimiert.

Elektromagnetische Wellen

Informationen, die ein Satellit aussendet, werden über elektromagnetische Wellen verbreitet. Um den Empfang dieser TiProNet  - Elektromagnetische Welle Wellen besser zu verstehen und für entsprechende Umgebung sorgen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie diese aufgebaut sind und welche Eigenschaften sich daraus ergeben.
Elektromagnetische Wellen sind die Verbindung einer magnetischen (rot) und einer elektrischen Welle (blau). Beide Wellen stehen senkrecht auf einander und sind zusätzlich durch gleiche Wellenlänge bzw. Frequenz verbunden (siehe Bild rechts). Wird einer dieser Teile von einem Hindernis absorbiert oder reflektiert, der elektrische Teil der Welle damit vom magnetischen gelöst, so ist die Übertragung der Information nicht mehr möglich bzw. beendet. Diese Schwierigkeit kann beispielsweise bei der Verwendung von Empfängern in Fahrzeugen auftreten. Kaum sichtbare Scheibenheizungen, die als feine Metallgitter in das Glas eingelassen sind, absorbieren den elektrischen Teil der Signale, teilen so die Welle und machen die Satelliteninformation unbrauchbar. Auch viele Formen von dünnen Folien oder bedampftem Glas können aufgrund der Metallanteile in Material oder Farben diesen Effekt hervorrufen.

Die Technik wird unter anderen bei unseren GPS Trackern eingesetzt.