Präzise Positionsbestimmung mit Hilfe von GPS / GNSS

Die exakte Positionsbestimmung mit GNSS auf den Meter, Dezimeter oder gar Zentimeter genau ist eine hochkomplexe Angelegenheit, da alle beteiligten Elemente – die Satelliten, die Erde und die GNSS-Empfänger ständig in Bewegung sind. 

Trotz der mittlerweile standardisierten Korrekturverfahren wie WAAS/EGNOS etc. bleiben weitere Fehlerursachen bestehen, die eine präzise Positionsbestimmung sehr schwierig und teuer machen. Mit steigender Anforderung an die Genauigkeit wird der technische Aufwand deutlich größer und daher teurer. Leistungsfähigere Empfänger, Prozessoren und Antennen sind erforderlich, um möglichst viele Signale zu empfangen und zu verarbeiten.

Mit sogenannten DGPS-Diensten, wie z.B. SAPOS kommt man zu Genauigkeiten im Submeterbereich, und mit Hilfe von RTK+ sogar in den Zentimeterbereich.

Erhöhung der Messgenauigkeit durch DGNSS und RTK-Korrektur
Verbesserung der Messgenauigkeit mit GNSS durch den Einsatz verschiedener Korrekturdienste

DGPS - Differential Global Positioning System

Differential Global Positioning System (DGPS, „Differentielles Globales Positionierungssystem“) ist ein Korrekturverfahren, das die Positionsbestimmung eines GPS-Empfängers signifikant erhöht. Die Bezeichnung DGPS wird vom amerikanischen GPS abgeleitet, obwohl inzwischen auch Signale anderer Satellitennavigationssysteme in das Verfahren einbezogen werden, daher ist die Bezeichnung DGNSS korrekter.

Bei diesem Verfahren dienen genau eingemessene Bodenstationen als Referenzstationen (Basis), die über ihre Entfernung zum Empfänger (Rover) dessen Position sehr genau bestimmen können. Damit kommt man auf Positionsgenauigkeiten im Bereich von ca. 0,5-1 m.

Das Grundprinzip von DGPS ist, zwei Empfänger nahe beieinander zu betreiben. Dadurch sind die Empfangsbedingungen für beide Empfänger gleich, d.h. sie unterliegen auch den gleichen Fehlerquellen. Da bei dem einen Empfänger (Basis) die exakte Position bekannt ist, kann dieser die Abweichung (Differenz) zur gemessenen Position berechnen und Korrekturdaten erzeugen, die an den Empfänger mit der unbekannten Position weitergegeben werden. Wichtig hierbei ist, den Abstand zwischen den beiden Empfängern, die Basislinie, möglichst kurz zu halten. 

Die erreichbare Genauigkeit liegt je nach Qualität des Empfängers und der Korrekturdaten zwischen 0,3 m und 2,5 m für die Lage (x, y) und bei 0,2 m bis 5 m für die Höhe.

Diese, auch Bodenbasierte Systeme (GBAS) genannten Korrekturdienste werden in der Bundesrepublik Deutschland im Rahmen des Satellitenpositionierungsdienstes der deutschen Landesvermessungen (SAPOS) betrieben. Es gibt auch weitere Systeme von Unternehmen, z.B. AxioNet, etc.

Im Allgemeinen werden die Korrekturdaten der Referenzstation(en) direkt an alle Empfänger gefunkt oder über das Internet verbreitet.

Das Funktionsprinzip bodenbasierter DGNSS-Systeme, z.B. SAPOS

RTK-Korrektur (Real Time Kinematic)

RTK berechnet die Phasenverschiebung der von den Satelliten gesendeten Radiosignale
RTK berechnet die Phasenverschiebung der von den Satelliten gesendeten Radiosignale

Um Positionsgenauigkeiten im Zentimeterbereich zu erhalten, wird das RTK-Verfahren genutzt (Englisch für RealTime Kinematic). Dieses funktioniert vom Prinzip her gleich wie die oben beschriebenen DGPS-Verfahren, verwendet im Gegensatz zu diesen jedoch nicht die von den Satelliten gesendeten Codes, sondern die Radiowellen selbst zur Ermittlung der Entfernungen zu den jeweiligen Satelliten. Diese Trägerphasen werden anhand ihrer Wellenlänge miteinander korreliert. Sobald die Korrelation und damit ein sog. RTK-FIX-Zustand hergestellt ist, erhält man zuverlässige Positionierungen von 1-2 cm. Voraussetzung ist ein guter Signalempfang von mindestens fünf GPS-Satelliten (empfohlen werden min. sechs Satelliten).

RTK-Korrekturdaten werden mit SAPOS-HEPS (Hochpräziser Echtzeit Positionierungs-Service) ebenfalls von den Landesvermessungsämtern angeboten. Durch Einbindung dieser Korrekturdaten erhält man eine Lagegenauigkeit von ca. 1–2 cm und eine Höhengenauigkeit von ca. 2–3 cm. Dieser Dienst ist kostenpflichtig und benötigt eine entsprechende Ausrüstung. Ein RTK-fähiger Empfänger muss in der Lage sein, Daten zu senden und die Korrekturdaten auf einem zweiten Kanal zu empfangen.

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