Was ist ein GPS-Sensor?
Ein GPS-Sensor ist ein Sensor, der im Global Positioning System (GPS), einem weltweiten Ortungssystem, verwendet wird.
GPS ist ein fortschrittliches satellitengestütztes System, das von jedermann, überall und rund um die Uhr genutzt werden kann, um die Position mit hoher Genauigkeit zu messen. GPS-Sensoren haben aufgrund ihrer Beschaffenheit ein breites Anwendungsspektrum, das von der allgemeinen Positionsbestimmung, z. B. bei der Autonavigation, über die Berechnung der genauen Zeit bis hin zu geophysikalischen Beobachtungen reicht.
Verwendungszwecke von GPS-Sensoren
GPS-Sensoren wurden für die Positionsbestimmung in Flugzeugen, Schiffen und bei Vermessungen eingesetzt. Heute, mit der Entwicklung der Informationstechnologie, werden sie auch in Smartphones, Laptops, Autonavigationssystemen, Digitalkameras, Smartwatches und Drohnen eingesetzt.
Neben diesen allgemeinen Ortungsanwendungen wurde auch eine Präzisionsortung im Millimeter- bis Zentimeterbereich realisiert, die für Präzisionsvermessungen und die genaue Messung von Krustenbewegungen eingesetzt wird. GPS-Satelliten werden auch zur Vermittlung von Zeitdaten eingesetzt, die von internationalen Atomuhren weltweit zur Bestimmung der internationalen Standardzeit gemessen werden.
Grundsätze der GPS-Sensoren
GPS nutzt eine Reihe von Satelliten, um seine Position am Boden zu bestimmen, wobei die Entfernung zu jedem Satelliten gemessen wird. Die Entfernung kann mit Hilfe von Funkwellen gemessen werden, die von den einzelnen Satelliten ausgesendet werden und deren Laufzeit bis zum Boden gemessen wird.
GPS-Sensoren empfangen die von den einzelnen Satelliten ausgesendeten Funksignale, berechnen die Entfernung zum Satelliten und bestimmen die Position Die von den GPS-Satelliten ausgesendeten L1- und L2-Wellensignale werden vom GPS-Empfänger des Benutzers erfasst Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Signalübertragung am GPS-Satelliten und dem Zeitpunkt des Empfangs am Boden beträgt Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Übertragung des Signals durch die GPS-Satelliten und dem Zeitpunkt des Empfangs am Boden wird berechnet.
Die Geschwindigkeit der Funkwellen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit, und mit dem Produkt der Laufzeit lässt sich die Entfernung zwischen dem GPS-Satelliten und dem GPS-Sensor am Boden messen. GPS wurde ursprünglich in den USA für militärische Zwecke entwickelt, wird aber seit seiner weltweiten Freigabe im Jahr 1996 in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt.
Zusätzliche Informationen über GPS-Sensoren
1. Wie GPS-Satelliten funktionieren
GPS-Satelliten senden zu bestimmten Tageszeiten zwei Arten von Signalen aus, die als L1- und L2-Wellen bezeichnet werden. Jedes Signal hat eine bestimmte Frequenz, die auf 1575,42 MHz und 1227,60 MHz festgelegt ist; der Grund für die Verwendung von zwei verschiedenen Signalen ist der Ausgleich von Verzögerungen auf dem Übertragungsweg.
Der Kontrollteil (Bodenkontrolle) überwacht die Zeit und die Umlaufbahn der GPS-Satelliten und steuert die Übertragung und den Empfang der Signale entsprechend. Mit Ausnahme der Hauptkontrollstation sind die Satelliten grundsätzlich unbemannt.
2. Anzahl der GPS-Satelliten
Der Standort eines GPS-Sensors kann berechnet werden, wenn die Entfernung zu drei GPS-Satelliten bekannt ist. Die Uhren der GPS-Satelliten verwenden jedoch Atomuhren und sind sehr genau, während die Uhren der Empfänger weniger genau sind. Aus diesem Grund werden in der Regel vier GPS-Satelliten verwendet, um die Anzahl der zu messenden Azimute zu erhöhen und die Genauigkeit zu verbessern.
3. Genauigkeit von GPS
Im Allgemeinen wird die Genauigkeit der Positionsdaten von GPS-Sensoren, die in Smartphones und Autonavigationssystemen verwendet werden, mit einem Fehler von mehreren Metern angegeben. Dies ist teilweise auf die Auswirkungen der atmosphärischen Bedingungen und Hindernisse zurückzuführen.
Bei der Verwendung von Standortinformationen auf Smartphones wird versucht, die Genauigkeit durch die kombinierte Nutzung der Entfernung zu WiFi-Basisstationen, elektronischen Kompassen usw. zu verbessern.
Satellitengestützte Ortungssysteme, einschließlich GPS, werden als GNSS (Global Navigation Satellite Systems) bezeichnet, einschließlich QZSS (Quasi-Zenith Satellite), der japanischen Version von GPS, die allgemein als MICHIBIKI bekannt ist.
4. RTK
RTK (Real Time Kinematic) ist eine neue Ortungsmethode, die die Genauigkeit von GPS-basierten Ortungsdiensten verbessert: Positionsdaten von GPS werden von zwei Empfängern, einer Referenzbasisstation und einer Mobilstation, empfangen, und Positionsabweichungen werden anhand der Unterschiede korrigiert.
Die Genauigkeit der Positionsdaten kann auf Fehler von wenigen Zentimetern erhöht werden, und die Erwartungen an den Einsatz der hochpräzisen RTK-Positionsdaten in Smartphones und Drohnen sind hoch, aber aufgrund der Kosten und anderer Probleme wird sie vorerst wohl nur im industriellen Bereich eingesetzt.
In Kombination mit IKT (Informations- und Kommunikationstechnologie) basierter automatischer Fahrtechnik und anderen Technologien wird dies die Möglichkeit eröffnen, eine Reihe neuer Dienste zu realisieren, darunter neue Verkehrsdienste, intelligente Landwirtschaft, intelligentes Bauen und Drohnenlieferdienste.
5. GPS-Sender
GPS-Sender sind Geräte, die Standortinformationen aus GPS-Signalen berechnen und an bestimmte Ziele übermitteln. Bei der Echtzeitverfolgung werden die Standortinformationen automatisch und regelmäßig vom GPS-Sender übertragen oder im Sender gespeichert, so dass nicht nur der aktuelle Standort, sondern auch die Route überprüft werden kann.
Bei der manuellen Suche kann der Benutzer nur dann nach einem Standort suchen, wenn er sicher sein will, wo er sich befindet. Zu den Anwendungen gehören die Überwachung der Aktivitäten von älteren Menschen und Kindern, die Diebstahlsicherung von Smartphones, Autos und Fahrrädern, verlorene und vergessene Gegenstände sowie die Sicherheitsbestätigung beim Bergsteigen.