Was ist GNSS-Empfänger?
Ein GNSS-Empfänger ist ein Gerät, das Signale von Satelliten empfängt und sie in Informationen über den Breiten- und Längengrad des Empfangspunktes umwandelt.
GNSS ist eine Abkürzung für Global Navigation Satelite System, was so viel wie Globales Navigationssatellitensystem bedeutet. Es handelt sich um ein System, das Satelliten zur Messung von Positionsdaten verwendet.
Das Global Positioning System (GPS) in den USA ist das am häufigsten verwendete GNSS. In Japan werden QZSS (Quasi-Zenith Satellite System: MICHIBIKI), Galileo in Europa, GLONASS in Russland, BeiDou in China und andere Satellitensysteme von einzelnen Ländern gebaut.
Verwendungszwecke von GNSS-Empfängern
GNSS-Empfänger werden in standortbezogenen Diensten eingesetzt. GPS ist uns aus dem täglichen Leben vertraut und für die Navigation im Auto bekannt.
Heute wird es auch in Smartphones eingesetzt. Drohnen, die in den letzten Jahren immer beliebter geworden sind, sind ebenfalls mit GNSS-Empfängern ausgestattet und nutzen diese zur Steuerung ihrer Position.
Beispiele für GNSS-Anwendungen sind die Bereitstellung von Informationen über Bus- und Taxidienste, die Ortung von Kindern und älteren Menschen sowie die Ortung von Baumaschinen. Im Rahmen der Katastrophenvorsorge werden Bodenpositionen an natürlichen Hängen gemessen, um Anzeichen für plötzliche Erdrutsche zu erkennen.
Grundsätze von GNSS-Empfängern
Zu den Prinzipien von GNSS-Empfängern gehören die Einzelortung und die relative Ortung.
1. Einzelpositionierung
Bei der Einzelpositionierung empfängt ein GNSS-Empfänger Signale von vier oder mehr Satelliten und erhält so Positionsinformationen. Die von den Satelliten gesendeten Signale enthalten Informationen über den Sendezeitpunkt, und die Entfernung zum Satelliten wird berechnet, indem die Differenz zwischen dem Sendezeitpunkt und der Zeit, die das Signal benötigt, um beim GNSS-Empfänger anzukommen, ermittelt und mit der Signalgeschwindigkeit multipliziert wird.
In ähnlicher Weise wird die Entfernung von drei oder mehr anderen Satelliten berechnet, um die Position des GNSS-Empfängers zu ermitteln. Theoretisch reichen drei Satelliten aus, um die Position eines GNSS-Empfängers durch Triangulation zu bestimmen, aber es werden vier oder mehr Satelliten benötigt, um Fehler auszugleichen.
2. Relative Positionsbestimmung
Die relative Positionsbestimmung kann in DGPS (Differential-GPS) und interferometrische Verfahren unterteilt werden.
DGPS-Verfahren
Bei der DGPS-Methode werden mehrere GNSS-Empfänger eingesetzt, die Signale von vier oder mehr Satelliten empfangen, um hochgenaue Positionsdaten zu erhalten. Mehrere GNSS-Empfänger führen eine unabhängige Positionsbestimmung durch, und die Positionsinformationen jedes Empfängers werden verwendet, um eine Position unter Berücksichtigung gemeinsamer Fehler zu erhalten.
Interferometrisches Verfahren
Wie bei der DGPS-Methode werden auch bei der Interferometermethode mehrere GNSS-Empfänger verwendet und die Positionsinformationen durch Ausnutzung der Phasendifferenz zwischen den von den einzelnen Empfängern empfangenen Signalen ermittelt.
Weitere Informationen über GNSS-Empfänger
1. Inländischer Ortungssatellit MICHIBIKI
GPS ist ein amerikanisches satellitengestütztes Ortungssystem, das ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde. Das erste japanische GNSS-System, MICHIBIKI, wurde 2010 in Betrieb genommen; ein System mit vier GNSS-Satelliten wird 2018 in Betrieb genommen und ein System mit sieben GNSS-Satelliten wird eingerichtet.
MICHIBIKI wird als Quasi-Zenith-Satellitensystem bezeichnet und nutzt eine Quasi-Zenith-Umlaufbahn, die Japan und andere Teile Asiens und Ozeaniens überfliegt. Er fliegt auf einer asymmetrischen Nord-Süd-Umlaufbahn, um so lange wie möglich in der Nähe Japans zu bleiben, wobei er sich etwa 13 Stunden in der nördlichen Hemisphäre und etwa 11 Stunden in der südlichen Hemisphäre aufhält.
MICHIBIKI wird in Verbindung mit GPS eingesetzt und ergänzt GPS, um eine genauere und stabilere Positionierung zu erreichen.
2. Beispiele für MICHIBIKI-Anwendungen
MICHIBIKI ist ein System, das die Nutzung von hochgenauen Positionsdaten ermöglicht und auch die Positionierung in der cm-Klasse unterstützt. Daher werden verschiedene Möglichkeiten der Nutzung des Systems in Betracht gezogen. In der Landwirtschaft zum Beispiel, wo sich ein Arbeitskräftemangel abzeichnet, ist es ein automatisches Fahrsystem für Landmaschinen.
Im Bereich der Verkehrssicherheit wird das System für den Einsatz beim automatisierten Fahren von Fahrzeugen, bei der automatischen Ermittlung von Verstößen gegen die Straßenverkehrsordnung und bei der Unterstützung der Schneeräumung im Winter in Betracht gezogen. Im Bereich der Sozialfürsorge soll das System sehbehinderten Menschen helfen, selbständig zu gehen.