Satellitennavigation
Ein weltweites Navigationssystem
Mit der fortschreitenden Globalisierung im 20. Jahrhundert wurde es immer wichtiger, dass man seinen eigenen Standort auf der Erdkugel genau kannte. Als in den 1950er-Jahren die Raumfahrt praktikabel wurde, ergab sich hierfür eine elegante und effiziente Lösung: Satellitennavigation. Das heutzutage wohl etablierteste Navigationssystem wird von den USA betrieben und nennt sich Global-Positioning-System (kurz: GPS).
Doch kaum ein Land möchte abhängig von einer anderen Nation sein. Daher entwickelten immer mehr Staaten ihr eigenes System zur Satellitennavigation: Russlands setzt auf GLONASS, die Europäische Union auf Galileo und China gab ihrem GPS-Äquivalent den Namen Beidou. Obwohl beispielsweise Galileo (mit ± 4 m) eine höhere Genauigkeit aufweist, bleibt bis heute GPS (mit ± 10 m) das zivil am häufigsten genutzte Lokalisierungssystem.
Wie Satellitennavigation funktioniert
Alle Systeme zur Satellitennavigation basieren auf einem ähnlichen Prinzip. Grundvoraussetzung sind mehrere Satelliten in der Umlaufbahn der Erde. Jeder dieser Satelliten sendet ein Signal (bestehend aus Radiowellen) aus, das die augenblickliche Position und Sendezeit beinhaltet.
Ein/e Empfänger/in auf der Erde, der/die gerne seine/ihre Position bestimmen möchte, benötigt hierfür eine direkte Verbindung zu mindestens drei dieser Satelliten. Am Boden betrachtet der/die Empfänger/in zuerst einen der Satelliten und bestimmt die Ankunftszeit des Satellitensignals. Da der/die Empfänger/in nun Ankunftszeit und Sendezeit (welche vom Satelliten mittgeteilt wurde) des Signals kennt, kann er/sie seine/ihre Entfernung zum Satelliten bestimmen. Dies legt den möglichen Aufenthaltsort auf eine Kugeloberfläche fest (jeder Punkt auf der Kugel hat dieselbe Entfernung vom Satelliten).
Macht man dasselbe nun mit zwei weiteren Satelliten, erhält man für jeden Satellit eine eigene Kugeloberfläche. Der/die Empfänger/in befindet sich nun an dem Punkt auf der Erdoberfläche, an dem sich alle drei Kugeln schneiden (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Wie Satellitennavigation funktioniert
Eine Verbindung zu weiteren Satelliten ermöglicht deutliche Steigerungen in der Genauigkeit. So wird in der Praxis meist noch die Verbindung zu einem vierten Satelliten vorausgesetzt.
Ein kleiner Fakt am Rande: Einsteins bekannte Relativitätstheorie spielt eine bedeutende Rolle in der Satellitennavigation. Würde man sie vernachlässigen, würde pro Tag ein Fehler von 12 km in der GPS-Genauigkeit entstehen.
Satellitennavigation zur Zeitsynchronisation
Wie der Name schon aussagt, wurde Satellitennavigation ursprünglich zur Navigation entwickelt. Jeder Satellit hat aber, zur Bestimmung seiner Eigenzeit eine hochpräzise Atomuhr an Bord. Genau deshalb eignen sich solche Systeme ebenfalls zur Synchronisation von Zeit.
Gerade GPS wird häufig zur Abstimmung von Uhren verwendet. Die GPS-Zeit startete am 6. Januar 1980 und stimmte damals mit der koordinierten Weltzeit (UTC) überein. Um jedoch Effekte der Erdrotation auszugleichen, führt man in der UTC immer wieder Schaltsekunden ein (ähnlich wie Schaltjahre). Da dieser Effekt in der GPS-Zeit nicht berücksichtigt wird, ergibt sich bis heute ein Unterschied von rund 19 Sekunden zwischen GPS-Zeit und UTC. Dieser Umstand muss bei der Synchronisation von Uhren beachtet werden.
Ist für eine/n nur die Zeitdifferenz zwischen Satelliten und Empfänger/in wichtig (relative Zeit), ergibt sich hier ein Fehler von wenigen Nanosekunden.
Satellit im Erdorbit
DEWETRONs GPS-Lösungen
Für die Synchronisation von Messsystemen ist vor allem der relative Zeitunterschied zwischen verschiedenen Messgeräten bedeutend. Doch nicht immer ist es möglich, Messsysteme mittels Kabel zu verbinden. Genau in solchen Anwendungen ist die Verwendung von Satelliten eine perfekte Alternative.
Auch DEWETRON setzt bei seinen Messsystemen auf die GPS-Synchronisation. Unser TRION-TIMING-V3 Modul ist speziell dafür entwickelt. Durch Anschluss einer GPS-Antenne an den SMA Port können somit mehrere Geräte untereinander synchronisiert werden. Dies geschieht mit einer typischen Genauigkeit von 100 Nanosekunden. Um dies in Perspektive zu setzten: 100 Nanosekunden sind eine Zeitspanne, die rund eine Million Mal kürzer als ein Wimpernschlag ist.
Zusätzlich zur Zeitsynchronisation bieten wir auch Module zur Ortslokalisation durch Sattelitennavigation an. TRION-VGPS-V3 unterstützt den GPS und GLONASS Standard. Dadurch sind Genauigkeiten bis zu wenigen Zentimetern möglich. Zusammen mit unserer OXYGEN Software bieten sich Ihnen hier unzählige Möglichkeiten.
Falls Sie nun mehr über DEWETRON und unsere Produkte erfahren möchten, besuchen Sie uns auf der DEWETRON Website. Dort finden Sie nicht nur unsere OXYGEN Software zur Datenerfassung- und Auswertung, sondern auch eine Vielzahl an modularen Mess- und Prüfsystem. Des Weiteren veröffentlichen wir regelmäßig Blogposts, Whitepapers und vieles mehr. Um immer auf dem Laufenden zu bleiben, folgen Sie uns doch auf LinkedIn oder YouTube.
