Was ist ein GPS Modul?
Ein GPS Modul ist ein Gerät, das die von den zahlreichen Satelliten im Weltraum gesendeten GPS-Signale empfängt und Positionsdaten ermittelt.
GPS ist ein Akronym für „Global Positioning System“, ein System, das genaue Positionsdaten für die ganze Welt liefern kann. Wenn mit einem GPS Modul genaue Positionsdaten ermittelt werden können, ist es möglich, die Geschwindigkeit und die Richtung, in der man sich gerade befindet, sowie die Entfernung zum Ziel zu berechnen.
GPS ist ein Satellitenortungssystem, das in den USA betrieben wird. In Japan gibt es jedoch ein Satellitenortungssystem namens MICHIBIKI, das GPS-Informationen korrigieren kann.
Anwendungen von GPS Modulen
GPS Module werden für Positionierungsanwendungen in Geräten verwendet, die Bewegung, Standortinformationen, Reisegeschwindigkeit und -richtung usw. benötigen.
- Positionsbestimmung für die Verwendung von Kartenanwendungen in Smartphones und Smartwatches
- Berechnung von Fahrzeugposition, Geschwindigkeit, Richtung und Entfernung zum Ziel in Kfz-Navigationssystemen
Je nach den Produktspezifikationen des GPS Moduls ist es wichtig, bei der Auswahl eines GPS Moduls zu berücksichtigen, inwieweit die Positionsgenauigkeit, die Berechnungszeit und der Grad der Fehlerhaftigkeit der Positionsangaben das Produkt beeinflussen.
Wenn es Hindernisse für das GPS-Signal gibt, wie z. B. Untergründe oder Gebäude, wird das Signal möglicherweise nicht genau empfangen. Einige hochpräzise GPS Module sind in der Lage, Signale zu empfangen, indem sie Signale verarbeiten, die durch Abschirmung kleiner gemacht wurden.
Funktionsweise von GPS Modulen
Die Funktionsweise eines GPS Moduls besteht darin, dass es über einen Signalverarbeitungsalgorithmus verfügt, der die von den Satelliten ausgestrahlten GPS-Signale empfängt, sie verarbeitet und analysiert, um die aktuelle Position des Moduls zu berechnen. Die Verarbeitung des GPS-Signals zur Berechnung genauer Positionsdaten erfolgt durch Erkennung und Verstärkung des schwachen Signals sowie durch HF- und Basisbandverarbeitung.
Die für die Verarbeitung des GPS-Signals verwendeten Algorithmen wurden entwickelt, um die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen und den Stromverbrauch zu senken. Die von den Satelliten ausgestrahlten GPS-Signale werden im Allgemeinen auf zwei verschiedenen Frequenzen übertragen. Das Signal enthält die Tageszeit, zu der das Signal gesendet wird, und die genaue Position des Satelliten zu diesem Zeitpunkt.
Die GPS-Signale werden dann vom Empfänger im GPS Modul empfangen, der die Signale von vier oder mehr Satelliten empfängt. Das GPS-Signal ermöglicht die Berechnung der Entfernung zu den Satelliten, und wenn die Entfernung zu drei Satelliten bekannt ist, kann die aktuelle Position auf der Erde berechnet werden.
Der vierte und die folgenden Satelliten werden verwendet, um Zeitfehler auszugleichen und genauere Positionsdaten zu berechnen.
Weitere Informationen über GPS Module
1. Frequenzen, die von GPS Modulen verarbeitet werden
Die von den GPS Modulen bearbeiteten Frequenzen sind in der Regel 1575,42 MHz, bekannt als L1-Band, und 1227,6 MHz, bekannt als L2-Band; das L5-Band, 1176,45 MHz, wird manchmal verwendet.
Das L1-Band enthält sowohl einen zivilen Identifikationscode, den so genannten C/A-Code, als auch einen militärischen Code, den so genannten P-Code, wobei in der Regel der C/A-Code verwendet wird.
2. Positionsgenauigkeit von GPS Modulen
Die Messgenauigkeit eines GPS Moduls wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, die wichtigsten Fehlerquellen sind
Ionosphäre
Eine Schicht in der Atmosphäre, die GPS-Satellitensignale beim Durchgang durch sie abbremst und dadurch Fehler verursacht.
Troposphäre
Dies ist eine weitere Schicht in der Atmosphäre. Die Brechung der Funkwellen in trockener Luft und in Wasserdampf verursacht Fehler.
Multibus
Wenn die von GPS-Satelliten ausgestrahlten Funkwellen empfangen werden, werden sie von verschiedenen Objekten, wie dem Boden und Gebäuden, reflektiert. Dieses Phänomen, das als Mehrwegeffekt bezeichnet wird, stört die Funkwellen und verursacht Fehler.
Der Mehrwegeffekt ist dabei der wichtigste Fehlerfaktor, da er die Anzahl der zu empfangenden Satelliten und die Positionsbestimmung zwischen ihnen einschränkt. Der Fehler variiert je nach Leistung des GPS Moduls selbst, aber der in allgemeinen Geräten installierte Typ hat einen Fehlerradius von etwa 10 Metern bei guten Empfangsbedingungen und etwa 100 Metern bei schlechten Empfangsbedingungen.
Smartphones verfügen jedoch über WiFi, Zeitkorrektur, App-Ortungssysteme und andere GPS-Korrektursysteme, die in Kombination verwendet werden können, um die Positionsgenauigkeit weiter zu verbessern.
3. Das japanische Satellitenortungssystem MICHIBIKI
Um GPS Module genauer und empfangsstabiler zu machen, gibt es derzeit ein japanisches Satellitenpositionierungssystem namens MICHIBIKI, das seit November 2018 mit vier Satelliten in Betrieb ist. Die Satellitenortung ist auch mit mehr als vier Satelliten möglich, aber für die Stabilität ist es wünschenswert, dass mehr Satelliten sichtbar sind.
MICHIBIKI, das als Japans Version von GPS bekannt ist, bietet eine stabile, hochpräzise Positionierung, indem es Punkte ausgleicht, an denen die Signale herkömmlicher GPS-Satelliten blockiert werden und die Standortinformationen instabil werden.