Vermessung und Ortung mit Satelliten
Globales Navigationssatellitensystem (GNSS) und andere satellitengestützte Navigationssysteme
Manfred Bauer
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Manfred Bauer, Vermessung und Ortung mit Satelliten (2017), Wichmann Verlag, Berlin, ISBN: 9783879076352
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Beschreibung / Abstract
Im Jahr 1995 wurde nach einer etwa 25 Jahre dauernden Entwicklung das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) der USA unter der Bezeichnung Global Positioning System (GPS) offiziell in Betrieb genommen. Das als Dual-Use-System konzipierte GPS wird weltweit genutzt, wobei davon ausgegangen werden kann, dass es bei Weitem mehr zivile als militärische Nutzer gibt.
Ende 2011 erreichte GLONASS – das russische GNSS – mit 24 Satelliten den Status eines voll funktionsfähigen globalen Satellitennavigationssystems. Auch GLONASS ist ein Dual-Use-System. Seine Entwicklung begann in den 1980er-Jahren.
Die Bedeutung der GNSS-Technologie geht weit über den Bereich von Vermessung und Ortung hinaus. Eine Unterbrechung von GNSS-Diensten stellt eine Bedrohung für Wirtschaft und Sicherheit dar. Daher bauen zum Erhalt ihrer Sicherheit und Souveränität die Europäische Union (EU) und China ihre eigenen GNSS auf: die EU das System Galileo, China das System BeiDou Navigation Satellite System mit dem Kürzel BDS.
China macht keine konkreten Aussagen darüber, wann BDS global verfügbar sein wird. In China selbst und in den benachbarten Gebieten hat BDS aber schon im Dezember 2012 den Status „endgültige Einsatzfähigkeit (Full Operational Capability – FOC)" erreicht. Galileo erklärte im Dezember 2016 mit elf funktionierenden Satelliten den Übergang von der Testphase zu einer Anfangsverfügbarkeit (Initial Operational Capability). Im Jahr 2020 soll Galileo mit 27 Satelliten voll ausgebaut sein und so den Status FOC erlangen.
Damit stehen voraussichtlich in wenigen Jahren Signale von ca. 120 Navigationssatelliten zur Verfügung. Schon Ende 2017 können auf jedem Punkt der Erde Signale von 20 Satelliten und mehr gleichzeitig genutzt werden, weit mehr, als unter rein technischen Gesichtspunkten erforderlich sind. Die zusätzlich noch vorhandenen regionalen satellitengestützten Ergänzungssysteme zu den GNSS, wie EGNOS für Europa, WAAS für die USA, GAGAN für Indien und QZSS für Japan, sind dabei nicht mitberücksichtigt.
GNSS sind hocheffiziente Werkzeuge zur Beschaffung von Orts-, Geschwindigkeits- und/oder Zeitinformationen. Das Buch vermittelt Praktikern und Studierenden die Grundkenntnisse, die zum Verständnis der GNSS-Technologie erforderlich sind. Ziel der Darstellung ist, Anwendern ein Urteil darüber zu ermöglichen, ob GNSS zur Lösung ihrer Probleme geeignet sind. Zu diesem Buch gibt es die Website www.vermessung-und-ortung-mit-satelliten.de. Die dort zur Verfügung gestellten Excel-Tabellen und -Grafiken sollen helfen, einige Aspekte der GNSS-Technologie leichter zu verstehen. Darüber hinaus bietet diese Website Informationen rund um das Thema GNSS.
Ende 2011 erreichte GLONASS – das russische GNSS – mit 24 Satelliten den Status eines voll funktionsfähigen globalen Satellitennavigationssystems. Auch GLONASS ist ein Dual-Use-System. Seine Entwicklung begann in den 1980er-Jahren.
Die Bedeutung der GNSS-Technologie geht weit über den Bereich von Vermessung und Ortung hinaus. Eine Unterbrechung von GNSS-Diensten stellt eine Bedrohung für Wirtschaft und Sicherheit dar. Daher bauen zum Erhalt ihrer Sicherheit und Souveränität die Europäische Union (EU) und China ihre eigenen GNSS auf: die EU das System Galileo, China das System BeiDou Navigation Satellite System mit dem Kürzel BDS.
China macht keine konkreten Aussagen darüber, wann BDS global verfügbar sein wird. In China selbst und in den benachbarten Gebieten hat BDS aber schon im Dezember 2012 den Status „endgültige Einsatzfähigkeit (Full Operational Capability – FOC)" erreicht. Galileo erklärte im Dezember 2016 mit elf funktionierenden Satelliten den Übergang von der Testphase zu einer Anfangsverfügbarkeit (Initial Operational Capability). Im Jahr 2020 soll Galileo mit 27 Satelliten voll ausgebaut sein und so den Status FOC erlangen.
Damit stehen voraussichtlich in wenigen Jahren Signale von ca. 120 Navigationssatelliten zur Verfügung. Schon Ende 2017 können auf jedem Punkt der Erde Signale von 20 Satelliten und mehr gleichzeitig genutzt werden, weit mehr, als unter rein technischen Gesichtspunkten erforderlich sind. Die zusätzlich noch vorhandenen regionalen satellitengestützten Ergänzungssysteme zu den GNSS, wie EGNOS für Europa, WAAS für die USA, GAGAN für Indien und QZSS für Japan, sind dabei nicht mitberücksichtigt.
GNSS sind hocheffiziente Werkzeuge zur Beschaffung von Orts-, Geschwindigkeits- und/oder Zeitinformationen. Das Buch vermittelt Praktikern und Studierenden die Grundkenntnisse, die zum Verständnis der GNSS-Technologie erforderlich sind. Ziel der Darstellung ist, Anwendern ein Urteil darüber zu ermöglichen, ob GNSS zur Lösung ihrer Probleme geeignet sind. Zu diesem Buch gibt es die Website www.vermessung-und-ortung-mit-satelliten.de. Die dort zur Verfügung gestellten Excel-Tabellen und -Grafiken sollen helfen, einige Aspekte der GNSS-Technologie leichter zu verstehen. Darüber hinaus bietet diese Website Informationen rund um das Thema GNSS.
Kritik
"Das Buch ist ein Muss für jeden Interssierten." VDVmagazin 3/2018
"Das Buch ist uneingeschränkt empfohlen für alle, die sich in Wissenschaft und Praxis mit der Thematik befassen." avn 7/2018
"Das Buch ist uneingeschränkt empfohlen für alle, die sich in Wissenschaft und Praxis mit der Thematik befassen." avn 7/2018
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
- Vermessung und Ortung mit Satelliten
- Inhalt/Autor
- Impressum
- Vorwort zur 7. Auflage
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Einführung
- 1.1 Vermessung, Ortung, Geodäsie – Versuch einer Abgrenzung
- 1.2 Vermessung ohne Satelliten – Arbeitsweise, Ergebnisse
- 1.3 Überblick über die Erdmessung mit Satelliten
- 1.4 Referenzsysteme der Geodäsie – das Geodätische Datum
- 1.5 Grundprinzipien moderner GNSS-Ortung
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Satellitenbahn
- 2.2 Koordinatensysteme
- 2.3 Koordinatentransformationen
- 2.4 Überführen ellipsoidischer Höhen in Gebrauchshöhen
- 2.5 Zeitsysteme
- 2.6 Elektromagnetische Wellen
- 2.7 Elektromagnetische Signale der GNSS
- 2.8 Satellitendatum
- 2.9 Genauigkeitsmaße
- 2.10 Anforderungen an Navigationssysteme
- 3 Arbeitsweise und Systemcharakteristiken
- 3.1 Die Systemkomponenten
- 3.2 Die Navigationsnachricht
- 3.3 GNSS-Empfänger
- 3.4 GNSS-Messgrößen
- 3.5 Modellierung der Messgrößen
- 3.6 Präzise GNSS-Positionierung
- 3.7 Genauigkeit
- 4 Verwundbarkeit der GNSS-Signale
- 4.1 Einleitung
- 4.2 Mögliche Störungen
- 4.3 Nachrichtentechnische Klassifikation der störenden Interferenzen
- 4.4 Strategien zur Erkennung und Bekämpfung von Störungen
- 5 GPS .. das US-amerikanische GNSS
- 5.1 Einleitung
- 5.2 GPS-Dienste
- 5.3 Segmente
- 5.4 Referenzsysteme
- 5.5 Herkömmliches GPS
- 5.6 Die Systemsicherungsmaßnahmen Selected Availability (SA) und Anti-Spoofing (A-S)
- 5.7 Besonderheiten der GPS-Messgrößenerzeugung
- 5.8 Modernisiertes GPS
- 5.9 GPS-Signale im Überblick
- 6 GLONASS .. das russische GNSS
- 6.1 Einleitung
- 6.2 GLONASS-Dienste
- 6.3 Segmente
- 6.4 Navigationsnachricht
- 6.5 GLONASS-Referenzsysteme
- 6.6 GLONASS-Signale
- 6.7 GLONASS-Signale im Überblick
- 7 BDS .. das chinesische GNSS
- 7.1 Einleitung
- 7.2 BDS-Dienste
- 7.3 Segmente
- 7.4 Referenzsysteme
- 7.5 Navigationsnachricht
- 7.6 Signalstrukturen
- 8 Galileo .. das europäische GNSS
- 8.1 Historische Entwicklung – Ausbauzustand
- 8.2 Das Galileo-Dienste-Konzept
- 8.3 Segmente
- 8.4 Referenzsysteme
- 8.5 Galileo-Navigationsnachricht
- 8.6 Signale
- 9 NAVIC .. das indische regionale Navigationssatellitensystem
- 9.1 Einleitung
- 9.2 NAVIC-Dienste
- 9.3 Segmente
- 9.4 Navigationsnachricht
- 9.5 Referenzsysteme
- 9.6 Signale
- 10 Erweiterungssysteme
- 10.1 Globale Erweiterungssysteme
- 10.2 Regionale Erweiterungssysteme
- 10.3 Lokale Erweiterungssysteme
- 11 Andere satellitengestützte Ortungssysteme
- 11.1 ARGOS
- 11.2 DORIS
- 12 Vermessung mit Satelliten in der Praxis
- 12.1 Besonderheiten satellitengestützter Vermessung
- 12.2 Auswahl von Hard- und Software
- 12.3 Antennenkalibrierung
- 12.4 Vorbereitung der Feldmessungen
- 12.5 Differenzielle Vermessung
- 12.6 Absolute Vermessung (PPP-Vermessung
- 12.7 Besonderheiten amtlicher GNSS-Vermessungen
- 12.8 Kombination von GNSS mit terrestrischen Messelementen
- 13 Ortung mit Satelliten in der Praxis
- 13.1 Administrative Aspekte
- 13.2 Ortung im absoluten Modus
- 13.3 Ortung im differenziellen Modus
- Anhang A: Der integrierte geodätische Raumbezug – das geodätische Referenzsystem für Deutschland
- Anhang B: Finite-Element-Darstellung der Höhenbezugsfläche
- Anhang C: Datumstransformation von Geoidmodellen
- Anhang D: Erzeugung von PRN-Folgen
- Anhang E: Berechnung der Spektraldichteverteilung bei BOC-Modulationen
- Anhang F: Berechnung der Satellitenposition
- Anhang G: Messgrößenbestimmung
- Anhang H: Datenformate
- Anhang I: In Deutschland verfügbare Echtzeit-DGNSS-Dienste für hochgenaue Echtzeit-Positionierung
- Anhang J: Excel-Tabellen und -Grafiken
- Kleines geodätisches Glossar
- Abkürzungsverzeichnis
- Literaturverzeichnis
- Stichwortverzeichnis