GPS Technology - DGPS        RDS - ALF - BACON, WAAS, EGNOS, AMDS

Basic Prinzipien und Beschreibung europäischen DGPS-Systeme

Der Begriff DGPS (Differential GPS) ist eine Technik, die darauf ausgelegt ist, die Genauigkeit, der  GPS-Systeme zu verbessern, durch das senden eines Differenzsignal von einer Referenzstation aus. Diese Technik kennt viele unterschiedliche Verfahren und Genauigkeiten.

Die grundlegende Idee hinter DGPS steht, ist, mit zwei oder mit mehre Receivers, die GPS Satteliten Signale  und das Differenzsignal zum empfangen. Die Schnittstelle hierzu ist das RTCM SC 104 (RTCM = US-Radio Technical Commission for Marine)    Das RTCM muss auch Ihr GPS auswerten können-  Link zu: RTCM. Eine andere Möglichkeit des DGPS ist, ein Differenzsignal vom Satteliten zu empfangen. Diese Systeme nennt man WAAS , SBAS, EGNOS usw. und wird z.B. vom SiRF II und in Zukunft vom SiRF III Chipsatz ausgewertet.

DGPS-Nutzung.  Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit für den SPS-Nutzer kann durch lokale Differential-GPS-Verfahren nochmals gesteigert werden. Eine Referenzstation misst an einem geographisch bekannten Ort die jeweiligen aktuellen Fehler der einzelnen Satelliten und stellt sie dem Nutzer als DGPS-Korrekturwerte im international standardisierten Format zur Verfügung. In Deutschland werden zwei Referenzstationen betrieben, eine befindet sich auf Helgoland, die andere in Wustrow. Sie haben jeweils eine Reichweite von ca. etwa 180 km. DGPS-Empfänger der ersten Generation haben eine Genauigkeit bis 10 m bei 2sigma, die neueste Generation erlaubt eine Genauigkeit von 3,5 m bei 2sigma; sie sind jedoch in ihrer Verfügbarkeit beispielsweise durch wechselnde meteorologische und regionale Bedingungen (Gewitter, Vereisung von Antennen, Abschattungen) unvorhersehbar eingeschränkt. Die benutzten Frequenzen zur Übertragung der Korrekturdaten liegen im Seefunkfeuerband (um 300 kHz). Die Reichweiten der in Europa installierten DGPS-Stationen betragen bis zu 200 km, in den USA sogar bis zu 500 km.Auch in vielen anderen Ländern werden DGPS-Stationen betrieben. Die Nutzung ist kostenlos. Daneben gibt es einige firmeneigene DGPS-Netze z. B. von Sercel, Racal, Robertson und Shipmate, die allerdings nur gegen eine Gebühr genutzt werden können.Aufgrund der verbesserten Messgenauigkeiten von GPS in der SPS-Nutzung stellt sich die Frage nach der weiteren Existenzberechtigung der DGPS-Korrekturverfahren. Ein Grund ist die Möglichkeit, die Integrität des GPS-Systems durch den DGPS-Betrieb zu verbessern. Dazu werden gegenwärtig zwei Verfahren angewendet: Sobald der Referenz- Station, die das Korrektursignal ausstrahlt, etwas über gestörte Betriebszustände eines Satelliten bekannt wird, wird neben dem Korrektursignal auch eine entsprechende Klartextmeldung versandt, die von den Empfängern ausgewertet und am Bildschirm dargestellt werden kann. Zudem werden Korrekturdaten nur für ordnungsgemäß arbeitende Satelliten gesendet. Der Empfänger wiederum bezieht nur Daten der Satelliten in die DGPS-Positionslösung ein, für die auch Korrekturdaten vorliegen. hat jedoch auch Unzulänglichkeiten, wie die mangelnde „Integrität“ – damit wird die Fähigkeit eines Systems bezeichnet, dem Nutzer Auskünfte, über die den aktuellen Systemzustand und damit der Verlässigkeit der aktuellen Positionslösung zu übermitteln. Um dieses und andere Probleme zu lösen und die einseitige Abhängigkeit sicherheitsrelevanter Technologien von einem einzigen System zukünftig zu vermeiden, hat der Ministerrat der Europäischen Union im März 2001 den Aufbau eines eigenen satellitengestützten Positionsbestimmungssystems mit Namen „Galileo“ beschlossen. Dessen volle Verfügbarkeit ist für 2008 geplant.

Die anderen Arten von DGPS
Jeder GPS-Receiver misst falsche Entfernungen, aber es gibt mehrere Wege, dieses Maß zu korrigieren. Am Einfachste benutzt man GPS Receiver, die von den Satelliten und ein Codephase genanntes Ausmaß zu messen den geschickten Code zu benutzen. Der zweite Weg benutzt von Hige-Range-Receiver als ein Komplement, die gleiche falsche Entfernung zu schätzen, bedeutet, die Botenwelle selbst zu benutzen und ein Ausmaß zu messen genannt Botenphase. Die erste Methode gibt nicht zweideutige Ergebnisse mit Genauigkeiten auf dem Meterniveau. Der zweite erlaubt Beschluss auf dem Millimeter Niveau, aber stellt Maße bereit, die zu ungefähr 19 Zentimetern zweideutig sind.

Das Prinzip von unterscheidendem GPS gilt für beide Arten von Maßen und führt so zur folgenden Einteilung:
 

Messtyp Real Time / Post-processing Designation Accuracy Validity Area
Code Phase Post-processing Post-processed DGPS or Post-processed LADGPS or Post-processed WADGPS from < 1 m to ~10 m From serveral x 10 Km to serveral x 1000 Km
Code Phase Real Time DGPS or LADGPS or WAGPS from < 1 m to ~10 m

 

 From serveral x 10 Km to serveral x 1000 Km

 
Carriere Phase Post-processing Kinematic or Rapid Static or Static from < 1 cm to serveal cm From serveral x 10 Km to serveral x 1000 Km

 
Carriere Phase Real Time Real Time kinematic from < 1 cm to serveal cm From serveral x 10 Km to serveral x 10 Km

 

Für Methoden, die Code benutzen, Werte die DGPS und LADGPS (Örtliches Gebiet DGPS) stufenweise durch, Bezeichnungen decken die gleiche Vorstellung. Der WADGPS (Wide Area DGPS) ist eine Methode, die Fehler in Positions-Abhängigkeit Bestandteile und Positions-unabhängige Bestandteile einstuft, ein Variationsmodell wird anschließend abgeleitet, basierte auf der Mobile-Position, und dann werden diese ganze heterogene - Informationen zum mobilen Empfangen verfügbar gemacht. Mobiles sind dann dazu fähig wieder konstruieren Sie die falsche Auswahlkorrektur, die auf ihre eigentliche Position höchst anwendbar ist und dieses anwendet, um eine genaue unterscheidende Position zu berechnen. Auf diese Art kann das Berichterstattungsgebiet für gültige Korrekturen tatsächlich zu einem sehr großen Gebiet ausgestreckt werden.

Für Methoden, die die Carrier Phase benutzen, wird die durchführbare Genauigkeit nur erhalten, wenn Mäßzweideutigkeiten in einem Weg oder noch einem gelöst werden. Die statische Form wird in Verbindung mit stationären Receiver gebracht, mit Punktberufsperioden, die sich von 30 Minuten zu mehreren Stunden oder sogar mehreren Tagen ändern. Die " Rapid Statik " mode ist eine Variante in der occupation periods are mehrer Minuten gekürzt. Die "Kinematic" mode ist der Name für die case where des Referenz Receiver ist  Stationär und der andere bewegliche Receiver ist fähig  ohne einen zwang zu bewegen.

In allen Fällen, der real time Operation dieser proper Korrekturinformation wird die Übertragung von der Referenz Station zu dem Mobilen GPS erfolgen. Der Radioelectric ad hoc Mechanismus, der deshalb ein wesendliche  Komponente des DGPS System ist..

Der SAtellitenPOSitionierungsdienst der deutschen Landesvermessung SAPOS®

SAPOS stellt aktuellen Raumbezug für jedermann bereit. Dies ist, als infrastrukturelle Grundversorgung, ein Teil des gesetzlichen Auftrages der deutschen Landesvermessung. SAPOS richtet einen permanent betriebenen, multifunktionalen DGPS - Dienst ein. Dieser Service wird mit hoher Zuverlässigkeit flächendeckend verfügbar sein. Grundlage des Systems bildet ein Netz von GPS-Referenzstationen auf Punkten der Landesvermessung koordiniert im Bezugssystem EUROPEAN TERRESTRIAL REFERENCE SYSTEM 1989 (ETRS89).
SAPOS umfasst vier Servicebereiche unterschiedlicher Eigenschaften und Genauigkeiten:

SAPOS EPS Echtzeit Positionierungs-Service
            bietet Echtzeit-Positionierung mit 1 bis 3 Meter Genauigkeit
                Referenzstationen messen ständig Entfernungen zu den GPS-Satelliten und ermitteln daraus Korrekturwerte. Dem Anwender stehen    
                die Korrekturdaten in Echtzeit (in standardisiertem Format) zur Verfügung. Es ist ihm - mit geringem Geräteaufwand - möglich, die
                gemessene GPS-Position auf 1 bis 3 Meter zu korrigieren.
                Die Korrekturdaten werden in Zusammenarbeit mit den Rundfunkanstalten der ARD (UKW), mit der Deutschen Telekom AG (Langwelle)    
                und über Sender der Landesvermessung (2m-Band) gesendet. Als Format dient der international eingeführte Standard RTCM SC-104
                Technical Commission for Maritime Services Special Committee No. 104), Version 2.0.
                Um SAPOS EPS nutzen zu können, genügt ein relativ einfacher GPS-Empfänger und ein im Handel erhältlicher UKW/LW-Empfänger
                mit Decoder beziehungsweise ein 2m-Band-Empfänger mit Decoder.
 
SAPOS HEPS Hochpräziser Echtzeit Positionierungs-Service
            bietet Echtzeit-Positionierung mit 1 bis 5 Zentimeter Genauigkeit
                      Zusätzlich zu den EPS-Korrekturwerten stehen dem Nutzer auch die Trägerphasenkorrekturdaten der Satellitensignale in Echtzeit (in    
                             standardisiertem Format) zur Verfügung. Damit werden ihm genaue Positionsbestimmungen ermöglicht.
                             Die Korrekturdaten werden über eigene Sender der Landesvermessung im 2m-Band ausgestrahlt. Die Daten sind auch über Telefon    
                             abrufbar. Als Format dient der international eingeführte Standard RTCM SC-104, Version 2.1. Die Daten werden im Sekundentakt    
                             übertragen. Ein Decodermodul der AdV ist erforderlich. Künftig wird in verschiedenen Gebieten ein erweiterter Service angeboten. Mehrere    
                             GPS-Referenzstationen arbeiten vernetzt und können auf diese Weise ortsabhängige Fehlereinflüsse erfassen. Dem Nutzer werden
                             spezifische, positionsabhängige Korrekturwerte zur Verfügung gestellt. Damit werden Zuverlässigkeit und Genauigkeit weiter gesteigert.
 
SAPOS GPPS Geodätischer Präziser Positionierungs-Service
            bietet Ein-Zentimeter-Genauigkeit sowohl "near online" als auch im Postprocessing
            Die kontinuierlichen Messungen der Referenzstationen stehen dem Nutzer (in standardisiertem Format) zur Verfügung. Die        
                Referenzstationen registrieren ständig die Signale der GPS-Satelliten und stellen sie für den Nutzer im RINEX-Format (Receiver    
                INdependent Exchange Format) bereit. Die Daten sind "near-online" über Mobiltelefon abrufbar; für Postprocessing ist der
                Datenaustausch über Telefon und Datenträger möglich.
                Für Zentimetergenauigkeit waren bisher zwei hochwertige GPS-Empfänger erforderlich. Bei SAPOS GPPS genügt auf der Nutzerseite
                ein einziges Gerät.
 
SAPOS GHPS Geodätischer Hochpräziser Positionierungs-Service
                      bietet Positionierung im Millimeterbereich
                       Dem Anwender stehen die kontinuierlichen Langzeitmessungen der Referenzstationen (in standardisiertem Format) zur Verfügung.
                             Die Referenzstationen registrieren ständig die Signale der GPS-Satelliten und stellen sie im RINEX-Format bereit. Die Auswertung erfolgt    
                             im Postprocessing. Mit langen Meßzeiten lassen sich Genauigkeiten im Millimeterbereich erzielen. Es ist zweckmäßig, die präzisen    
                             Bahndaten des International GPS Service for Geodynamics (IGS) zu verwenden.
 
SAPOS® -
Produkt		 Genauigkeit Lage
(Messunsicherheit)		 Genauigkeit ellipsoidische Höhe
(Messunsicherheit)		 Datenformat
GPPS < 1 cm 1-2 cm RINEX 2.1
Die Messunsicherheit (DIN 1319) wird hier mit einem Vertrauensbereich von 68,3 % angegeben

 

[ALF_LOGO] DGPS-Dienst von Telekom und Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Differentielles GPS (DGPS) in Europa

DGPS via Loran-C (EUROFIX)  -  DGPS - Referenzstationen nach IALA - Standard (MF - Beacon System)

DGPS-Dienst der Differential Corrections Inc.

European Geostationary Navigation Overlay Service  -  EGNOS

Flächendeckende Submetergenauigkeit mit GPS in der ganzen Schweiz ohne eigene Referenzstation

Resultate von Testmessungen in der Schweiz dokumentieren den Stand verschiedener Korrekturdienste. Folgende Systeme werden untersucht:

OmniStar    Link zu OmniSTAR

RDS (Radio Data System) + TMC (Traffic Message Change Funktionsfähig seit Februar 2002)

RDS wurde für die digitale Datenübertragung für UKW entwickelt später durch TMC erweitert. Damit wurde die Möglichkeit geschaffen, die Senderinformationen auf dem Display des Radios anzuzeigen und z.B. im Auto jeweils den stärksten Sender einer Sendekette auszuwählen. Selbstverständlich können auch beliebige, digitale Daten übertragen werden. Es steht in der Regel kein eigener Kanal zur Verfügung, deshalb wird die Datenrate auf 56 bit/s (1.5 Gruppen/s) beschränkt. Der Rest muss für andere Dienste freigehalten werden. Dank Datenkompression und anderen Optimierungen genügt dies für die Aktualisierung des gewünschten Korrektursignals alle 2 bis 3 Sekunden.

Die Übertragung erfolgt im UKW-Bereich, das heisst die Ausbreitungscharakteristik ist ähnlich wie bei sichtbarem Licht. In relativ flachen und somit durch UKW gut abgedeckten Zonen ist der Empfang gut. Für eine flächenhafte Abdeckung des topographisch sehr schwierigen Alpenraumes werden jedoch einige hundert Umsetzstationen notwendig sein. Dies setzt der wirtschaftlichen Betreibung eines Regeldienstes enge Grenzen, zumal für die Abdeckung einer gewissen Sicherheit ein zweites, unabhängiges System zur Verfügung stehen sollte.

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Update 08.04.2010