Global Navigation Satellite Systems (GNSS)

Dahinter stecken satellitengestützte Navigationssysteme wie GPS (USA), GLONASS (Russland), Galileo (Europa) und Beidou (China). Deren Daten können z. B. auch von Mobiltelefonen empfangen werden.

Heute ist fast jedes Mobiltelefon gleichzeitig ein Navigationsgerät und beides ist aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Innerhalb weniger Jahre ist es für uns selbstverständlich geworden, jederzeit präzise Positionsangaben zu haben und uns den Weg vom Telefon weisen zu lassen.

Darüber hinaus haben diese Systeme in der Geodäsie eine herausragende Bedeutung gewonnen. Sie ermöglichen es, das globale Referenzsystem bis in die praktischen Bereiche der Vermessung verfügbar zu machen. Mit geodätischen GNSS-Verfahren ist es möglich, Positionen besser als 1 cm zu bestimmen. Auch Bewegungen von Punkten auf der Erdoberfläche - zum Beispiel durch Plattentektonik verursacht - werden erfasst.

Messprinzip

Messprinzip Global Navigation Satellite Systems (GNSS)

Für eine Messung braucht ein GNSS-Empfänger auf der Erdoberfläche Signale von mindestens vier Satelliten. Sie übermitteln ihre Position und die Uhrzeit. Am Empfänger kann die Laufzeit des Signals und damit die Distanz zwischen Empfänger und Satellit bestimmt werden.

Beim Grundprinzip von GNSS-Messungen werden sogenannte Pseudostrecken zu den Satelliten ermittelt. Die Pseudostreckenmessung läuft auf eine Messung der Signallaufzeit hinaus. Hierbei sendet der Satellit codierte, zeitlich getaktete Signale aus, die ein Empfänger am Boden registrieren, decodieren und zeitlich einordnen kann. Pseudostrecken setzen sich zusammen aus der wahren Strecke vom Empfänger bis zum Satelliten plus einem konstanten Wert "k". Das heißt die Laufzeit ist zunächst verfälscht, da der Bodenempfänger nicht zeitlich mit der Satellitenzeit synchronisiert ist. Werden die Signale zeitgleich von mindestens vier Satelliten empfangen, kann der Uhrenfehler des Empfängers und damit die Konstante "k" mitbestimmt werden.

Kennt man auch die Positionen der Satelliten, so kann dann durch eine Art "Bogenschlag" die Position des Empfängers festgelegt werden. Die Satellitenpositionen werden durch Bahndaten (sogenannte Ephemeriden) beschrieben, die fortlaufend aus Beobachtungen von Bodenstationen gewonnen und entsprechend vorhergesagt werden müssen. Voraussetzung dazu ist, dass beispielsweise auch die Drehbewegungen der Erde bekannt sind. Änderungen in der Rotationsgeschwindigkeit und Schwankungen der Rotationsachse der Erde werden deshalb mit Hilfe von Radioteleskopen (VLBI) bestimmt.

Bei den geodätischen Anwendungen von GNSS begnügt man sich jedoch nicht nur mit den sogenannten Code-Messungen, sondern man führt zusätzlich Phasenmessungen auf den Trägerwellen durch. Die Phasenmessungen können als genaue Streckenmessungen interpretiert werden, wenn man wüsste, wie viele ganze Wellenzüge sich auf der Strecke vom Empfänger zum Satelliten befänden. Mit Hilfe geeigneter Auswertetechniken können aus den Phasenmessungen genaue Strecken ermittelt werden. Damit sind Positionsbestimmungen mit einer Genauigkeit von besser als 1 cm möglich.

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