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Differential-GPS

 
     
  DGPS, Verfahren zur Genauigkeitssteigerung bei GPS durch Übertragen von Korrekturdaten einer oder mehrerer Referenzstationen an GPS-Nutzer (Abb.). Aufgrund der durch die GPS-Sicherungsmassnahmen (Standard Positioning Service) stark eingeschränkten Genauigkeit bei der Bestimmung absoluter Koordinaten wird GPS in den Geowissenschaften nahezu ausschliesslich als relatives Messverfahren eingesetzt, d.h. es werden Koordinatendifferenzen zwischen zwei oder
mehreren Stationen bestimmt. Durch die Differenzbildung wird ein Grossteil der wirksamen
Fehlereinflüsse (GPS-Fehlerbudget), insbesondere Bahn-, Zeit- und Ausbreitungsfehler eliminiert.
Eine oder mehrere Stationen in einem GPS-Projekt werden als Referenzstationen mit bekannten
Koordinaten im WGS84 betrachtet. Diese werden entweder projektbezogen mit GPS-Empfängern
besetzt, oder man greift auf die Daten von permanent arbeitenden Referenzstationen (z.B. SAPOS)
zurück. Es gibt unterschiedliche Vorgehensweisen:
a) Nutzung der Daten der Referenzstation für nachträgliche Berechnungen (Postprocessing); b)
Nutzung von Streckenkorrekturen der Referenzstation in Echtzeit (normales Differential-GPS); c)
Nutzung von Streckenkorrekturen der Referenzstation in Echtzeit und Trägerphasenglättung auf der Nutzerstation (trägergeglättete Codemessungen); d) Nutzung der Trägerphasendaten der
Referenzstation in Echtzeit (präzises Differential-GPS).
Differential-GPS-Dienste werden weltweit von kommerziellen Anbietern, von Verkehrsbehörden sowie von Institutionen der Landesvermessung aufgebaut. Auf den koordinatenmässig bekannten
Referenzstationen werden alle sichtbaren GPS-Satelliten (GPS-Raumsegment) angemessen. Aus
dem Vergleich von gemessenen und Soll-Pseudoentfernungen werden für jeden Satelliten
Entfernungskorrekturen berechnet und im international vereinbarten RTCM-Format (Radio Technical
Committee for Marine Services) abgestrahlt (b). Die Übertragungsrate beträgt je nach Zeittakt und
Satellitenanzahl 50 bis etwa 200 bps (Bit pro Sekunde), so dass weitreichende Lang- und
Mittelwellensender verwendet werden können. Im Nutzerempfänger werden die Korrekturen für die
jeweils angemessenen Satelliten verwendet. Differential-GPS-Korrekturen erlauben bis zu einigen 100 km Entfernung von der Referenzstation
eine Relativgenauigkeit von wenigen Metern. Durch Einbeziehung von Monitorstationen und
Übertragung eines flächenhaften Korrekturmodells können auch grössere Entfernungen überdeckt
werden (wide area differential gps, WADGPS). Zur Datenübertragung werden dann
Kommunikationssatelliten verwendet. Durch Trägerphasenglättung auf der Nutzerseite (c) kann ohne Mehrdeutigkeitslösung eine
Genauigkeit von etwa 0,5-1 m erreicht werden. Die Reichweite beträgt etwa 50 km von der
Referenzstation. Beim präzisen Differential-GPS (d) ist es erforderlich, auf der Nutzerseite die
Phasenmehrdeutigkeiten der Trägerwellen zu lösen. Dazu müssen die Trägerphasenbeobachtungen
von den Referenzstationen zum Nutzer übertragen werden. Die erforderliche Datenrate beträgt etwa
2400 bps, so dass Übertragungskanäle im Dezimeter- oder Meterband erforderlich sind. In Betracht
kommt auch eine Übertragung über Mobilfunk oder über Satelliten. Für einen flächendeckenden
präzisen Differential-GPS-Dienst müssen Referenzstationen im Abstand von 50 bis 70 km
eingerichtet werden. In Deutschland wird ein derartiger Dienst von den Landesvermessungsbehörden
unter der Bezeichnung SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst) aufgebaut. Dieser Dienst gestattet
eine Echtzeitgenauigkeit von wenigen Zentimetern. Um flächendeckend eine Genauigkeit von 1-2 cm
zu erreichen, müssen die Referenzstationen miteinander verbunden werden (Vernetzung).


Differential-GPSDifferential-GPS: Prinzip des Differential-GPS. R1, R2, R3, R4 = übermittelte Distanzen.
 
 

 

 

 
 
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