GPS

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                                                                                             Wels, am 2014-10-24

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GPS-Maus an Arduino 
   TxD GND +5V

Standard-GPS-Maus Fa. Navilock

Arduino mit GPS
Das Global Positioning System (GPS) ist die Grundlage aller modernen Navigations- und Ortungssysteme im Bereich der Land-, Luft- und Seenavigation.
Es ist ein satellitengestützter Mobilfunkdienst, der in den 70er-Jahren vom amerikanischen Verteidigungsministerium für militärische Zwecke aufgebaut wurde und
noch heute unterhalten wird.
Das System besteht aus 24 Satelliten, die auf sechs kreisförmigen Bahnen im 24-Stunden-Rhythmus in einer Entfernung von rund 20.000 km um die Erde kreisen.
Diese Anordnung stellt sicher, dass immer mindestens das Signal von vier Satelliten erfasst werden kann.
Das ermöglicht die Positionsberechnung mittels Triangulationsprinzip (mind. drei Satelliten).
Hierbei können über geometrische Berechnungen die Entfernungen zum Satelliten anhand der Signallaufzeit berechnet werden.
Da die Position der drei Satelliten bekannt ist, kann damit die Position bestimmt werden.
Jeder Satellit sendet 50-mal pro Sekunde drei verschiedene Signale:
den Pseudo-Zufallscode (zur Positionsbestimmung),
das Almanach-Signal (Satellitenstandort)
das Zeitkorrektursignal (Zeitbestimmung).

Der Pseudo-Zufallscode wird auf zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet.
Der eine ist für die militärische Nutzung, der zweite für die zivile Nutzung vorgesehen.
Für die zivile Nutzung wurde das Signal bis Mai 2000 mit einem künstlichen Timing-Fehler versehen, der die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf ca. 100 m beschränkte.
Am 2. Mai 2000 um 5:05 Uhr wurde die Signalverschleierung (selective availability – SA) dann abgeschaltet.


Mit mathematischen Funktionen im Empfängerteil hochwertiger GPS-Receiver konnte der Timingfehler in den Jahren bis 2000 jedoch auch korrigiert werden, sodass eine Genauigkeit von 20 bis 30 m machbar war.
Heute ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung durch die Aufhebung der Signalverschleierung für die zivile Nutzung mit 5 m bis 25 m Abweichung – je nach verwendetem GPSEmpfänger – für die einfache zivile Nutzung mehr als ausreichend.
Je nach Stellung der Satelliten am Himmel ist die Qualität des GPS-Signals jedoch auch stark zeit- und ortsabhängig.
Für die Güte der Satellitengeometrie wird der DOP-Wert angegeben
- H-DOP für den horizontalen Wert
- V-DOP für den vertikalen Wert (dieser ist jedoch im Bereich der Straßennavigation nicht weiter von Bedeutung).
So sind H-DOPWerte unter 4 sehr gut, über 8 jedoch schlecht.
Die H-DOP-Werte werden schlechter, wenn sich die empfangenen Satelliten hoch am Himmel befinden.
VDOP- Werte hingegen sind eher schlechter, wenn sich die Satelliten sehr nah am Horizont befinden.
Die H-DOP- und V-DOP-Werte werden im NMEA-Satz $GPGSA ausgegeben.
GPS-Signale werden in einem sehr hohen Frequenzbereich (~1,5 GHz) ausgesendet, um die weiten Distanzen problemlos zurückzulegen.
Nachteil der hohen Frequenzen ist die leichte Abschirmbarkeit der Signale bei fehlender Sichtverbindung zum Himmel, z. B. in Gebäuden.
Zur Nutzung von GPS-Signalen in Gebäuden gibt es mittlerweile Spezialantennen und Empfänger, die einen Empfang in Gebäuden ermöglichen.
Deshalb sollte beim Aufbau eigener GPSAnwendungen vor allem auf eine hohe Qualität der Antenne und einen empfindlichen Empfänger geachtet werden.
Künftig wird vor allem Galileo, ein GPS-System der Europäischen Gemeinschaft, das mittlerweile veraltete GPS-System der Amerikaner revolutionieren und der bestehenden Abhängigkeit der EU begegnen.
Wie viel Satelliten sind notwendig?
Es reichen drei Satelliten, um die genaue Position und Höhe bestimmen zu können.
Dies setzt jedoch eine genaue Zeitvorgabe voraus.
In der Praxis verfügt die Mehrzahl der GPS-Empfänger nicht über eine Uhr, die genau genug wäre, daraus die Laufzeiten korrekt berechnen zu können.
Deshalb wird meist das Signal eines vierten Satelliten herangezogen, um die Position möglichst genau zu bestimmen.
Drei Satelliten reichen jedoch stets aus, um die genaue 2D-Position (ohne Höhe) zu ermitteln.







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