Wer hat sich als Kleinkind nicht schon mal im Kaufhaus verlaufen oder musste sich als Erwachsener in einer
neuen Stadt zurechtfinden? Diese Probleme, nämlich das Zurechtfinden in einer unbekannten Umgebung oder die Suche eines bestimmten Ortes, dürfte jeder schon einmal gehabt haben. Schon seit Menschengedenken war die erfolgreiche Ortsveränderung ein Problem. Folglich musste die Navigation einen Weg finden um dieses Problem zu beseitigen. In dieser Arbeit soll nun dieser Versuch dargestellt werden, und zwar von einfachsten Lösungsansätzen bis hin zur der derzeit besten Lösung, nämlich dem Satellitennavigationssystem oder Global Positioning System (GPS). Es soll der Aufbau und die Funktion des GPS dargestellt und weiterhin auch die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten desselben vor allem in der Geographie beleuchtet werden.
Inhaltsverzeichnis
A. Einleitung
B. Navigation und Navigationsverfahren
1. Astronavigation
2. Terrestrische Navigation
3. Trägheitsnavigation
4. Radionavigation
4.1. Funkpeilung
4.2. NDB (Non Directional Radio Beacon)
4.3. UKW-Drehfunkfeuer / VOR
4.4. OMEGA
4.5. LORAN
5. Satellitennavigation
C. GPS-Global Positioning System
1. Entwicklung / Aufbau
1.1. GPS-Raum-Segment
1.2. GPS-Kontroll-Segment
1.3. GPS-Nutzer-Segment
2. Positionsbestimmung mit GPS
2.1. Triangulation
2.2. Abstandsberechnung
2.3. Die exakte Zeit
2.4. Satellitenposition
2.5. Datenübermittlung
3. Fehlerquellen
3.1. Atmosphäre
3.2. Geometrie und Topographie
3.3. „selective availability“
4. Differential GPS (DGPS)
D. Anwendungsmöglichkeiten
1. Zivile Nutzung
2. Militärische Anwendung
3. Geographie
E. Zusammenfassender Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, die Entwicklung von Navigationsverfahren von einfachen, historischen Ansätzen bis hin zur modernen Satellitennavigation darzustellen. Dabei steht die Funktionsweise des Global Positioning Systems (GPS) im Fokus, dessen Aufbau sowie dessen vielfältige Einsatzmöglichkeiten, insbesondere im Kontext der Geographie, detailliert beleuchtet werden.
- Historische und technische Grundlagen der Navigation
- Aufbau und Funktionsweise des GPS-Systems (Raum-, Kontroll- und Nutzer-Segment)
- Mathematische und physikalische Prinzipien der Positionsbestimmung
- Fehlerquellen bei der Signalübertragung und Korrekturverfahren (DGPS)
- Anwendungsfelder in Zivilbereich, Militär und Geographie
Auszug aus dem Buch
3. Trägheitsnavigation
Die Trägheitsnavigation ist im Prinzip eine Weiterentwicklung der terrestrischen Navigation, allerdings auf einem technisch viel höheren Niveau. Der Kompass, welcher dennoch vorhanden ist, wird durch den sogenannten Kreisel ersetzt. Mit diesem Gerät ist eine optimale Lagefeststellung des Verkehrsmittels (meist Flugzeug) oder bei militärischer Anwendung der Rakete möglich, ebenso eine Richtungsangabe. Weitere Geräte, nämlich die Beschleunigungsmesser, fungieren als Wegmesser im weitesten Sinne. Mit der Beschleunigung kann über die Geschwindigkeit der zurückgelegte Weg berechnet werden.
Die Daten des Kreisels und der Beschleunigungsmesser werden im Bordcomputer bearbeitet und ausgewertet, dann auf einer digitalen Karte durch die Position auf dem Bildschirm dargestellt, ebenso auf anderen Instrumentenanzeigen. Mit dieser Kombination von technischen Geräten, einer sogenannten Inertialplattform (siehe Abb.2 oben), die autonom arbeitet, war der sichere Einsatz von Langstreckenflugzeugen gewährleistet und somit eine Ozeanüberquerung möglich.
Auch bei diesem Verfahren ergibt sich ein Problem, wenn es auch recht klein ist. Es ist zwar eine genauere Positionsbestimmung als bei der terrestrischen Navigation möglich, dennoch muss um navigieren zu können die Ausgangsposition bekannt sein.
Zusammenfassung der Kapitel
A. Einleitung: Einführung in die Problematik des Zurechtfindens und Vorstellung des GPS als derzeit leistungsfähigstes Navigationssystem.
B. Navigation und Navigationsverfahren: Überblick über historische Navigationsmethoden wie Astronavigation, terrestrische Navigation, Trägheitsnavigation und diverse Radionavigationsverfahren.
C. GPS-Global Positioning System: Detaillierte Beschreibung des Systemaufbaus, der mathematischen Prinzipien der Positionsbestimmung, relevanter Fehlerquellen und Kompensationsmöglichkeiten durch DGPS.
D. Anwendungsmöglichkeiten: Darstellung der Nutzung von GPS in zivilen Bereichen, militärischen Kontexten und speziellen geographischen Anwendungsfeldern.
E. Zusammenfassender Ausblick: Resümee über die Bedeutung des GPS-Fortschritts und Prognose zur zukünftigen Verbreitung der Technologie.
Schlüsselwörter
Navigation, GPS, Satellitennavigation, Global Positioning System, Positionsbestimmung, Triangulation, Signalübertragung, Fehlerquellen, Differential GPS, DGPS, Navigationsverfahren, Geographie, Trägheitsnavigation, Satellitenkonstellation, Atomuhr
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung der Navigation von historischen Methoden bis hin zum Global Positioning System (GPS), dessen Funktionsweise und Anwendung sie erläutert.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Themen sind verschiedene Navigationsverfahren, der Aufbau und die Technik des GPS, die mathematischen Grundlagen der Positionsbestimmung sowie Fehlerquellen und deren Korrektur durch DGPS.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, den technischen Fortschritt in der Navigation aufzuzeigen und die Funktionsweise sowie den Nutzen des GPS als präzises Navigationsinstrument darzustellen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden zur Erklärung genutzt?
Es wird eine systematische Analyse technischer Systeme (wie Trägheitsnavigation und Radionavigation) sowie eine Erläuterung physikalischer und mathematischer Prinzipien (z.B. Triangulation, Lichtgeschwindigkeit) angewandt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit ausführlich behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung klassischer Navigationsverfahren und eine tiefgehende Analyse des GPS-Systems, inklusive der Segmente (Raum, Kontrolle, Nutzer) und der Korrekturmethoden wie Differential GPS.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie GPS, Satellitennavigation, Positionsbestimmung, Triangulation, DGPS, Fehlerquellen und Anwendungsmöglichkeiten in der Geographie und dem Militär charakterisiert.
Warum ist bei der Trägheitsnavigation trotz technischer Fortschritte die Kenntnis der Ausgangsposition notwendig?
Da die Trägheitsnavigation auf relativen Messungen von Beschleunigung und Richtung basiert, kann sie eine absolute geografische Position nur bestimmen, wenn der Startpunkt bekannt ist und als Referenz dient.
Welchen Einfluss hatte die Abschaltung von "selective availability" auf den zivilen GPS-Nutzer?
Durch die Abschaltung dieser künstlichen Signalverschlechterung im Mai 2000 verbesserte sich die Genauigkeit der Positionsbestimmung für zivile Anwender signifikant auf etwa 10 Meter.
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- Diplom-Geograph Univ. Bernd Stummer (Autor), 2001, Global Positioning System (GPS). Ein Überblick über die Funktionsweise, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/27061
