Diskussion:Global Positioning System

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Diskussion:Global_Positioning_System/Archiv1 03.04.2004 - 04.03.2006

Inhaltsverzeichnis

1 Zeitbestimmung II
2 Ende der Diskussion
3 Relativistische Effekte
4 Koordinaten, Karten, Ortsbestimmung?
5 Widerspruch / Tippfehler?
6 Moving Map GPS
7 tippfehler?
8 Abschaffung der Selective Availability
9 Einführungsdatum
10 Überarbeiten Differential-GPS

[Bearbeiten] Zeitbestimmung II

Ich mache mal einen Vorschlag, wie der Abschnitt geändert werden könnte:

Bezugszeit für alle Orts- und Zeitbestimmungen ist die Uhrzeit Sonntag 0 Uhr. In den Navigationsnachrichten der Satelliten ist ganzzahlig angegeben wie oft volle 6 sec seit dieser Bezugszeit vergangen sind. Die feinere Zeiteinteilung muß durch Auszählen der Veränderungen in dem Nachrichtenblocks und die feinste Zeitbestimmung durch die Referenzuhr im Empfänger erfolgen.

Erster Schritt in der Gewinnung der Zeitinformation ist, daß der Empfänger von sich aus kontinuierlich Codeblöcke mit einer Dauer von 1 ms erzeugt, die aus 1023 Zeichen bestehen und genau die selbe Bitfolge (meistens Chipfolge genannt) haben müssen, wie die Bitfolge, die der Satellitensender als C/A-Code erzeugt.

Der Empfänger verschiebt dann diese Zeichenfolge in einem Zeitbereich von 1 ms so lange bis die Kreuzkorrelation zwischen der empfangenen Bitfolge und der im Empfänger erzeugten Bitfolge maximal wird. Bei der Unsicherheit der Bestimmung des Korrelationsmaximums erreicht man Werte kleiner 1 ns. Damit hat der Empfänger eine genaue Kopie mit exakten Zeiten der empfangenen Signale - allerdings sind die Signale noch alle 1 ms mehrdeutig.

Anmerkung: Die Zeit könnte theoretisch noch genauer bestimmt werden durch Auszählen der Bits in den Codeblöcken. Beim Empfangssignal geht das nicht, weil den einzelnen Bits der empfangenen Codefolge ein starkes Rauschen überlagert ist, weil die Sendeleistung der Satelliten gering und die Empfängerbandbreite hoch sein muß.

Die einzelnen Codeblöcke des Senders sind nicht ganz einheitlich. Sie sind noch etwas verändert und diese Veränderungen sind bestimmt durch die Nachrichten, die mit den C/A-Daten mit übertragen werden. Dabei sind immer 20 Codeblöcke ganz einheitlich und tragen 1 Bit der Nachrichten.

Bild: Die Verhältnisse am Empfänger beim Empfang der GPS-Satelliten. Im Bild sind von den gleichzeitig empfangenen Satellitensignalen nur die Signale von 2 Satelliten dargestellt (rot und grün). Ein Bit der GPS-Nachricht ist 20 Codeblöcke lang (von denen jeder 1023 Bit lang ist). Dargestellt ist das nur mit 5 Codeblöcken. Zu welcher Zeit der Empfänger die Auswertung vornimmt (magenta) ist gleich. Welche Zeit an der blauen Zeitrichtung steht (Empfängerzeit) ist auch gleich. Für die Auswertung muß nur die Zeit des Beginns eines Codeblocks im Satelliten bekannt sein und der Empfänger muß nur die Zeit zwischen Auswertezeitpunkt und Beginn eines Codeblocks messen. Um die Sendezeit des Codeblocks zu wissen, muß der Empfänger die Zeit des Subframe wissen und die Lage des Codeblocks im Subframe. Das alles geht aus der Satellitennachricht hervor, die mit Hilfe der Nachrichtenbits übertragen wird.

Der Empfänger muß nun feststellen, bei welchem von 20 aufeinanderfolgenden Codeblöcken sich der empfangene Code ggf. ändert. Nach Feststellung ist die Mehrdeutigkeit der Zeit von 1 ms auf 20 ms verbessert, weil jeder Codeblock 1 ms dauert.

Anmerkung: "Ggf." steht da, weil nicht unbedingt alle 20 Codeblöcke eine Veränderung erfolgen muß. Änderungen erfolgen nur, wenn die aufeinander folgenden Nachrichtenbits unterschiedlich sind (von 0 auf 1 oder umgekehrt). Aber diese Veränderungen kommen irgendwann mit Sicherheit, weil die Nachricht mit Sicherheit nicht nur aus Nullen oder Einsen besteht.

Durch den weiteren Empfang hat der Empfänger nun die bit- und zeitgleiche Folge wie der Sender - allerdings versetzt um die Laufzeit der Signale. Der Empfänger "weiß" nun zu jedem Zeitpunkt, wieviel Zeit noch vergeht, bis der nächste Bitwechsel stattfindet im Bereich von 20 ms auf ca. 1 ns genau.

Die nächste identifizierbare Einheit ist der sogenannte Subframe mit einer Länge von jeweils 300 Bits. Um einen Subframe zu identifizieren braucht der Empfänger die doppelte Subframelänge also mindestens 600 empfangene Bits, die er in 12 s empfängt.

Aus dem erhalten Bitstrom nimmt der Empfänger einen Block von 600 Bits und sucht in diesem Block nach der Bitfolge 10001011. Diese Bitfolge ist die Preamble im TLM-Word (=Telemetry-Word). Mit der Identifizierung dieser Bitfolge ist der Beginn jedes Subframe und jedes Wortes bekannt, da alle Wörter jeweils 30 bit lang sind. Da allerdings die Bitfolge 10001011 auch in der übrigen Nachricht auftreten kann, müssen zur Überprüfung ob es wirklich der Beginn des TLM-Words ist noch zwei Prüfungen erfolgen: Erstens: wenn es sich bei der gefundenen Bitfolge tatsächlich um die Preamble handelt, sind die 6 Paritybits am Ende jedes Words richtig und zweitens muß alle 300 Bit (6 s) ein neuer Subframe kommen, der immer mit einem TLM-Word beginnt. Wenn die Prüfung erfolgreich ist, ist damit der Beginn jedes Subframes in der Empfängerzeit bekannt. Die Sendezeit jedes Framebeginns im Satelliten ist noch unsicher in Vielfachen von 6 s.

Anmerkung: Wenn der Empfänger eine ggf. falsche Identifizierung feststellt, wird in dem 600-Bit-Block nach einer weiteren 10001011-Folge gesucht und überprüft, ob es sich nun um die Preamble handelt.

Zur Identifizierung um welche 6 s es sich handelt wird das dem TLM-Word folgende HOW-Word (Hand over Word) ausgewertet. Die ersten 17 Bits des HOW geben die Zeit des Beginns des nachfolgenden Subframes als ganzzahlige Zählzahl von 6 sec seit Sonntag 0 Uhr an. Damit ist in der Empfängerzeit immer bekannt, wann jede Aussendung in der GPS-Zeit erfolgt, da die eben beschriebene Prozedur bei jedem empfangenen Satelliten erfolgt.

Damit ist in der empfängereigenen Zeit bekannt zu welchem Zeitpunkt das gerade (eben zur Empfängerzeit) empfangene Signal ausgesandte wurde.

Mit den weiteren Daten, die in den empfangenen Nachrichten sind, kann der Empfänger nun für einen beliebigen Empfangszeitpunkt (nennen wir ihn t0*) in der empfängereigenen Zeit berechnen, wo sich die Satelliten zum Zeitpunkt der Aussendung befanden. Damit sind alle Größen bekannt, die zur Lösung der GPS-Grundgleichungen benötigt.

Als Lösung der GPS-Grundgleichungen erhält der Empfänger die Koordinaten des Empfängers (genauer die Koordinaten der Empfangsantenne) und den Empfangszeitpunkt t0 in der GPS-Systemzeit. Damit kann der Empfänger prinzipiell seine Empfängeruhr mit der Differenz t0* - t0 auf die GPS-Systemzeit stellen (synchronisieren), aber das ist nicht notwendig. Notwendig ist es nur, wenn der GPS-Empfänger als Zeitnormal dienen soll. Da die GPS-Systemzeit nicht unbedingt genau mit der UTC-Zeit übereinstimmt enthalten die Satellitennachrichten für diesen Zweck auch noch die Differenz zwischen UTC und GPS.

Ist so lang, daß man die Zeitbestimmung evtl. als eigenes Lemma machen sollte.--Physikr 17:32, 3. Mär 2006 (CET)

Das Bild ist für meinen Browser zu breit. Vielleicht kann man es derart verkleinern, dass ich nicht mehr waagerecht scrollen muss... --172.178.106.64 21:19, 4. Mär 2006 (CET)

Bei mir ist es auch sehr breit - ich bin aber noch nicht dahinter gekommen, wie ein geladenes Bild durch ein neues ersetzt werden kann bzw. geöscht werden kann. Und ich will nicht mit neuen Bildern zumüllen.--Physikr 22:05, 4. Mär 2006 (CET)

Ich hatte eigentlich vor, den Textvorschlag von Physikr ein wenig zu bearbeiten, aber ich fürchte, mir fehlt einfach die Zeit dazu. Gebe die Artikel erst mal wieder frei. Mein Kritikpunkte sind:

Man sollte unbedingt ein paar einleitende Sätze davorschalten, die klar machen, dass aus technischen Gründen die Übertragung eines Zeitstempels natürlich erheblich länger dauert als die Präzision der Zeitbestimmung im ns-Bereich, und dass das kein Widerspruch ist. Und dass nun die Beschreibung der mehrstufigen Hierarchie der Signale folgt.
Zahlreiche Formulierungen sind für den Laien schwer verständlich oder generell unpräzise.
Ich würde auch nicht "Zeitbestimmung" als Überschrift wählen, sondern so was wie "Aufbau und Auswertung der Satellitensignale" oder so ähnlich.
Wie werden eigentlich die einzelnen Bits codiert? Vielleicht als 1024. Bit der 1ms-Impulse? Habe mich schon gewundert, warum immer von 1023 und nicht 1024 Bit die Rede ist. Aber ich denke, so wäre dieses Bit nur schwer aus dem Datenstrom extrahierbar insbesondere wenn alle Satelliten auf der selben Frequenz senden. Ist es vielleicht ein kleiner analoger Offset auf den 1ms-Signalblocks, der von Block zu Block wechselt, wobei das Vorzeichen des Offsets des ersten der 20 Blocks die Information enthält? Nur so eine Idee von mir. --Wolfgangbeyer 00:51, 10. Mär 2006 (CET)

Die zahl von 1023 ist gewählt als Kompromiß zwischen Länge des Codeblocks und geringer Mehrdeutigkeit bei Korrelationen. Dafür eignen sich Codes der Länge 2ⁿ - 1 (später berichtigt--Physikr 11:14, 10. Mär 2006 (CET)) besonders. Hier ist n = 10 gewählt und als Code der Gold-Code [1] oder [2]. Dadurch ist die Zahl fast eine Primzahl (1023 = 3*11*31). Die Nachricht wird nicht durch ein zusätzliches Bit übertragen, denn dadurch würden die günstigen Korrelationseigenschaften zerstört. Die Nachricht wird dadurch übertragen, daß bei einem Codewort alle Bits(Chips) gegenüber dem Codewort ausgetauscht sind: also statt 0 eine 1 und statt 1 eine 0. Die Korrelationseigenschaften bleiben dadurch erhalten. Diese binäre Nachricht wird durch Phasenmodulation übertragen, d.h. bei einer 1 wird der Träger um 180° umgepolt. Zu sehen ist das in Abb. 2 von [3]. Deswegen hatte ich in der Zeichnung die Codeblöcke gespiegelt gezeichnet.

Sollte man evtl. die technischen Sachen in ein eigenes Lemma verschieben, z.B. in die GPS-Grundgleichungen. Ich könnte mir folgende Gliederung dann vorstellen:

Beschreibung des GPS-Signals
Modulation des GPS-Signals auf den Träger
Bestimmung der Sendezeitpunkte
Bestimmung der Satellitenorte zum Sendezeitpunkt
Orts- und Zeitbestimmung des Empfängers (GPS-Grundgleichungen)
Ionosphärenkorrektur

Was wäre davon zu halten?--Physikr 09:17, 10. Mär 2006 (CET)

Eigentlich gehören diese Dinge ja schon in den Artikel. Die Grundgleichungen wurden ja nur ausgelagert, weil es dem Leser i. A. genügen dürfte, dass es da 4 Gleichungen mit 4 Unbekannten gibt, und die mathematischen Tricks für deren analytische Lösung ja nun wirklich nur was für Spezialisten oder für ein Mathematikbuch sind.
"Dafür eignen sich Codes der Länge 2ⁿ besonders." Du meinst 2ⁿ-1, oder habe ich da was nicht verstanden?
Die Grafik finde ich nicht besonders verständlich oder hilfreich. Eine Grafik sollte ja den Text erläutern, aber es ist eher umgekehrt: Sie ist nur zu verstehen, wenn man zuvor den Text gelesen und verstanden hat, und selbst dann nicht so ganz 100%ig ;-). --Wolfgangbeyer 10:44, 10. Mär 2006 (CET)

2ⁿ-1 ist natürlich richtig. Ich habe es mit Unterschrift korrigiert.

Graphik und Text gehören zusammen. Es geht ja die Rede "ein Bild sagt mehr als 1000 Worte", aber man kann sicher alles verbessern - und das kann ja in der WP jeder. Aber auch konkrete Hinweise werde ich gerne verarbeiten. Bei unkonkreten "Zahlreiche Formulierungen sind für den Laien schwer verständlich oder generell unpräzise." fällt es mir schwer, etwas anders zu formulieren, denn für mich ist es ja klar. (Vielleicht geht es anderen manchmal so bei den Texten zur Relativitätstheorie - wer in der Materie steht, dem ist alles klar.)

Wenn wir es im Artikel lassen, dann mit der vorgeschlagenen Gliederung unter einer Hauptüberschrift wie "Technik des GPS" oder ähnliches?--Physikr 11:14, 10. Mär 2006 (CET)

Besonders glücklich bin ich über den neuen Text dazu im Artikel nicht. Er ist jetzt ausgesprochen ausschweifend und trotzdem aufgrund von vielen unglücklichen Formulierungen nur schwer verständlich. Ich glaube nicht, dass das viele Leser durchstehen. Mir fehlt allerdings völlig die Zeit, mich detaillierter damit auseinanderzusetzen, oder gar einen Alternativvorschlag zu machen. Bin sowieso eher zufällig hierher geraten und habe mehr investiert, als ich eigentlich wollte ;-). --Wolfgangbeyer 01:11, 14. Mär 2006 (CET)

In der gegenwärtigen Ausführlichkeit wirkt der Absatz Technische Realisierung des GPS-Systems auf den Leser erschlagend. Wie wäre es mit einem eigenen Artikel zum Thema Technische Realisierung des GPS-Systems? Die GPS-Grundgleichungen wurden ja ebenfalls ausgelagert, um den Artikel nicht zu überladen... --172.179.43.99 19:31, 17. Mär 2006 (CET)

Ist wahrscheinlich richtig.--Physikr 01:10, 18. Mär 2006 (CET)

Hm, das sehe ich nicht unbedingt so. Mein Vorschlag wäre straffen, auf das wesentlich reduzieren und prägnanter formulieren. Das könnte dann vielleicht halb so lang aber doppelt so verständlich sein. Mit einem separaten Artikel würden wir nur einen merkwürdigen Präzedenzfall schaffen. Wir können ja nicht aus allen Fachartikeln zwei machen, nur weil die Details zum Thema ganze Bücher füllen könnten, was ja oft der Fall ist. Das Ziel einer Enzyklopädie ist, einem interessierten Laien auf begrenztem Raum einen Überblick zu geben, ohne dass er sich durch die riesige Fachliteratur durcharbeiten muss. Das sollte in einem Artikel geschehen. Die Gleichungen wurden ausgelagert, weil mathematische Kniffe einer Herleitung eigentlich gar kein Thema für eine Enzyklopädie darstellen. Die "Technische Realisierung des GPS-Systems" dagegen gehört thematisch ganz klar in den Artikel. Wenn sie dort stört, dann ist das allenfalls ein Zeichen davon, dass dieser Abschnitt suboptimal ausgeführt ist. Das durch Auslagern ausbügeln zu wollen, ist der falsche Ansatz. --Wolfgangbeyer 02:03, 18. Mär 2006 (CET)

Vielleicht kann man das auch an einen späteren Zeitpunkt im Artikel setzen. Ich habe es noch mal überarbeitet, allerdings finde ich nichts, was prinzipiell weggelassen werden könnte. An der Unklarheit, wie das GPS funktioniert, hatte sich ja z.B. die Diskussion entzündet.--Physikr 08:53, 18. Mär 2006 (CET)

Ich bin nicht der Meinung, dass der Abschnitt Technische Realisierung des GPS-Systems zu einem Überblick für den interessierten Laien gehört. Das einzig Wichtige ist doch, dass man über Laufzeitbestimmungen die Abstände des Empfängers von den Satelliten und damit die Kugelradien kennt, deren Schnittpunkt die Position des Empfängers ergibt. Alles Weitergehende sind technische Details, die, wenn man sie überhaupt in einer Enzyklopädie erklären will, wie die GPS-Grundgleichungen in einen separaten Artikel gehören. --172.173.34.42 13:19, 18. Mär 2006 (CET)

PS:Wer erbarmt sich mal der Diskussionsseite und archiviert mal den Großteil davon?

Es hat ja oben eine schwere Diskussion über die Technik gegeben, weil die Sache mit den Kugelradien nicht klar war. Insofern gehört die Information, wie das GPS funktioniert schon etwas vertiefend in eine Enzyklopädie von der Art der WP. Allerdings werden sich nicht alle Nutzer so ausführlich informieren wollen. Insofern wäre eine Auslagerung möglich, warum nicht die Technik zu den GPS-Grundgleichungen verschieben und einen aussagekräftigen Namen für den Gesamtartikel finden.--Physikr 15:05, 18. Mär 2006 (CET)

Die schwere Diskussion kam ja dadurch zustande, dass der ehemalige Abschnitt "Zeitbestimmung" umstritten war und Formulierungen im Artikel GPS-Grundgleichungen missverständlich sind. Wenn die oben formulierten Einwände berücksichtigt würden, stände einer Auslagerung kaum etwas im Wege. Warum nicht einen Gesamtartikel "GPS-Technik"? --172.179.185.95 16:13, 19. Mär 2006 (CET)

[Bearbeiten] Ende der Diskussion

Hallo, ich werde mich an der Diskussion zur Verbesserung des Artikels nicht weiter beteiligen. Meine Gründe sind:

1. Der Artikel ist weiterhin speziell für IPs (also auch für mich) gesperrt.

2. Die Diskussionsseite ist mittlerweile so angewachsen, dass mir die Ladezeit viel zu lang ist.

3. Auch der Artikel GPS-Grundgleichungen ist verbesserungbedürftig, aber ebenso für IPs gesperrt. Außerdem werden diese Artikel von angemeldeten Benutzern ohne Diskussion editiert, was für mich einen Affront gegenüber allen diskussionswilligen IPs darstellt.

Auf nimmerwiedersehen. 89.51.63.194 17:40, 9. Mär 2006 (CET)

Wenn das Ende der Diskussion wäre, weil alles klar wäre, wäre das sicher besser. Auch bei anderen Artikeln ist ein ständiges hin und her (Edit-war) sicher nicht hilfreich. Insofern ist das Sperren leider manchmal hilfreich - kann aber auch das Gegenteil sein. Das wird immer jeder anders sehen.

Das die Ladezeit sehr lang ist ist nicht gut. Da wäre die Frage, was schon zu archivieren wäre, zur Kürzung hilfreich.

Die Diskussionsseite ist ja dazu da, Unklarheiten zu beseitigen - und wenn sich tatsächlich herausstellen sollte, daß im Lemma etwas besser zu formulieren ist, dann wird das sicher auch getan werden - aber leider wird oft statt verbessert etwas verschlimmert.--Physikr 17:59, 9. Mär 2006 (CET)

völlig "unebener" Artikel. Da hilft wohl nur Neuanlage.

Hallo zusammen,

es ist schade, dass manche so schnell aufgeben. Meine Anmerkung zu dem ganzen ist noch, dass es nichts zu PDOP, HDOP oder VDOP existiet oder ich zumindest nichts gefunden habe. (Vorstehender nicht signierter Beitrag stammt von 80.136.121.190 (Diskussion • Beiträge) 12:01, 29. Jul 2006)

Das Ganze ist eine Frage, wie umfangreich. Ich würde es auch für sinnvoll halten, Einflüsse auf die Präzision der Messungen zu bringen. Von den Einflüssen ist bisher nur die Zeiteinflüsse genannt, der Winkelabstand der empfangenen Satalliten ist nicht genannt. --Physikr 13:31, 29. Jul 2006 (CEST)

[Bearbeiten] Relativistische Effekte

Im Abschnitt "Effekte der Relativitätstheorie" steht der Satz
Das höhere Gravitationspotenzial in der Satellitenbahn lässt die Zeit schneller vergehen, die Bahnbewegung der Satelliten relativ zu einem ruhenden Beobachter auf der Erde verzögert sie.
Wie aber unter anderem dem Artikel Potential zu entnehmen ist, ist das Gravitationspotential ein $\frac1{r^2}$ -Potential, d.h. das Gravitationspotential ist auf der Umlaufbahn auf alle Fälle kleiner als auf der Erdoberfläche. Entweder lässt also ein geringeres Potential die Zeit schneller vergehen, oder aber beide Effekte führen zu einer Zeitverzögerung. Was davon stimmt jetzt? -- cliffhanger Discuss 22:00, 28. Aug 2006 (CEST)

Das Gravitationspotential besitzt ein negatives Vorzeichen. --172.177.210.94 18:13, 16. Okt. 2006 (CEST)

Zur Gleichzeitigkeit:
Da alle Satelliten den gleichen relativistischen Effekten ausgesetzt sind, tritt ein Positionsbestimmungsfehler dieser Art hier gar nicht auf.
Bin mir nicht ganz sicher, aber ist hier die Gleichzeitigkeit der gesendeten Signale nicht relativ? Die Satelliten senden doch in ihrem eigenen Inertialsystem gleichzeitig, also nicht in dem System des Empfängers oder?

[Bearbeiten] Koordinaten, Karten, Ortsbestimmung?

In welcher Form wird der Ort angegeben, an dem man sich befindet? Was für Koordinaten werden da benutzt? Wie bringt man das mit einer Karte zusammen? Was ist mit Höhenangaben? 84.191.246.78 15:48, 2. Sep 2006 (CEST)

[Bearbeiten] Widerspruch / Tippfehler?

Fehlerhinweis: Die Bildunterschrift "Raketenstart" enthält eine von den Angaben im Text abweichende Jahreszahl. Was stimmt nun, 2005 oder 2006?

[Bearbeiten] Moving Map GPS

Mir fehlen noch einige Informationen zum "Moving Map GPS"--84.137.41.139 18:04, 12. Nov. 2006 (CET)

[Bearbeiten] tippfehler?

unter 'genauigkeit' - 'effekter der relativitätstheorie' ist der gangunterschied zwischen den uhren in satelliten und denen auf der Erde angegeben - jedoch ohne Einheit. Das sind sicher sekunden, oder? --Sheherazade 18:05, 7. Feb. 2007 (CET)

[Bearbeiten] Abschaffung der Selective Availability

Wurde die Selective Availability nicht im Mai 2000 vom Präsident Clinton abgeschafft, um die Konkurrenzfähigkeit zu Galileo zu erhöhen? Überflieger89 21:09, 7. Feb. 2007 (CET)

[Bearbeiten] Einführungsdatum

Laut dem Buch "Satellitenortung und Navigation" von Werner Mansfeld wurde GPS ab 1978 von der US Air Force erprobt und 1980 zur teilweisen zivilen Nutzung freigegeben. Die vollständige Nutzung wurde für Zivilisten ab 1992 möglich. Woher kommt denn die Angabe "17.7.1995"? Gruß Überflieger89 15:48, 9. Feb. 2007 (CET)

[Bearbeiten] Überarbeiten Differential-GPS

Der Abschnitt "Differential-GPS" sollte in Differential-GPS eingearbeitet werden. siehe auch Wikipedia:Redundanz --Nachtigall 14:27, 3. Mär. 2007 (CET)

Von „http://de.wikipedia.org../../../g/l/o/Diskussion%7EGlobal_Positioning_System_8bbc.html“