4. GPS Bearbeitungszustand : 70%
Zum Betrieb sind 24 Satelliten notwendig . Es sind jedoch immer einige Reservesatelliten im Orbit.
Im C /A GPS Code sind 37 verschiedene Signalquellen auf der gleichen Frequenz möglich.
4.1 Bodenstationen
Zum Betrieb des GPS Systems werden auch Bodenstationen benötigt . Die meisten sind Empfangsstationen und dienen zur Erfassung der Signallaufzeit die durch die Ionosphäre beeinflusst wird.
Auf der Erde gibt es insgesamt 11 Kontrollstationen. Die einzige Kontrollstation in Europa ist in England. Jeder Satellit kann jederzeit von mindestens zwei Stationen gleichzeitig erreicht werden.
Weitere Stationen sind geplant , sodass jeder Satellit gleichzeitig von drei Stationen erreicht werden kann.Die Master Station ist auf der Airforce Basis in Schriever. Die Bahndaten werden hier erfasst und die Satelliten mit Bahndaten gefüttert.
Jeder Tag , in den ein Satellit nicht neue Bahndaten erhält steigt die Fehlerrate. Nach etwa 14 Tagen ohne Kommunikation mit der Bodenstation, sendet der Satellit ein Fehlerbit.
4.2 Satellitendaten
Von den Satelliten gibt es mindestens 5 Baureihen.
Die erste Baureihe, mit einer geplante Lebensdauer von fünf Jahre ist mittlerweile außer Betrieb.
Die neueren haben eine geplante Lebensdauer von ca. 8 Jahren. Die Lebensdauer der meisten Satelliten wird durch den Treibstoff für die notwendigen Kurskorrekturen begrenzt.
4.3 Satellitenbahn
26 000 km zum Erdmittelpunkt 20 000 km über der Oberfläche
Die Genauen Bahndaten werden von jeden Satelliten gesendet.
Wird auf Wunsch ergänzt
4.4 Sendedaten
Sendeleistung ca 50 W
Sendefrequenz L1 1575,42 MHz unser GPS + Militär
Sendefrequenz L2 1277,69 MHZ Militär
Sendefrequenz L5 1167,34 MHz im Aufbau für Luftfahrt und Rettungswesen
Die Sendefrequenz verschiebt sich nach oben um +6 kHz und unten um -6 kHz, wegen des Dopplereffektes.
Ausbreitung der elektomagnetischen Welle rechtsdrehend zirkular polarisiert.
Ausstrahlung +- 14,3° zur Mittelachse.
Empfangswinkel zur Bodenstation 20,6° zur Mittelachse 41,3°
Mit der Abstrahlleistung und dem Austrittswinkel ergibt sich ein typischer Empfangspegel
-157 - -160dbW (gemäß Datenblatt bestens -153dBW, Wikipedia -155dBW)
Damit ist das Rauschen um den Faktor 100 größer. !!! als das Nutzsignal
Durch die Antenne und durch Bandfilter usw. kann das Nutzsignal um ca 50dB vertärkt werden.
Bandbreite des Signals 1, 023 MHZ
4.5 GPS Sendesignal
Das Eigentliche GPS Signal wird mit nur 50 bit /s gesendet.
Die vollständigen Daten heißen Almanach und bestehen aus 25 Blöcken zu je 1500 bit . Damit dauert ein vollständiger Empfang 12,5 min. Der Block (Rahmen) besteht aus 5 Subblöcken zu je 300 bit. Der Subblock besteht aus 10 Datenwörter mit einer Länge von je 30 bit. Jedes Datenwort hat 6 Paritätsbits am Ende.
Diese Positionsdaten können auch über den Mobilfunk übertragen werden. Die Bahndaten jedes Satelliten sind zweimal vorhanden. Die ungenaueren Bagndaten sind etwa eine Woche gültig.
Die Gültigkeitsdauer der genaueren Bahndaten weis ich nicht mehr genau, jedoch max. 1 Tag.
Die Nutzdaten sind phasenmoduliert auf den Träger jede 20ms nur ein Bit.
Für eine Positionsbestimmung müssen mindestens 4 Satelliten empfangen werden
4.7 Wie ist nun eine schnelle GPS Positionsbestimmung möglich
Vom Satellit wird ein 1023 langer C/A Code gesendet der die Satellitenkennung erhält (Gold Code)
Der Empfänger erzeugt den Gleichen C/A Code wie der zu empfangende Satellit und versucht eine Übereinstimmung durch Regelschleifen herzustellen. Die Sendedauer eines 1023 langen C/A Datums beträgt 1ms.
Die Phase kann sehr genau geprüft werden. Die Zeitdauer bis
der im Gerät erzeugte und der
empfange C/A Code durch Regelschleifen (Korrelation) in Übereinstimmung gebracht wird, ist die Zeitdauer die mindestens bei einen Warmstart vergeht, bis eine Positionsbestimmung möglich ist.
Dadurch, dass die Bahndaten durch den Almanach bekannt sind, kann jetzt durch die nun bekannte Laufzeit des Signals, der Standort berechnet werden.
5.8 Antenne
Die beste Empfangseigenschaft, bei direkten Empfang, hätte eine Rechtsdrehende Wendelantenne mit ca 6 cm Durchmesser, Steigung 1 -2 cm .ca 7 Windungen .., die kann aber in einen Handy von 1- 2cm Dicke nicht untergebracht werden
Antennengewinn ca 15 dB
Die Wendelantenne hat aber auch einen Nachteil. Reflektierte Signale werden schlecht empfangen
Sinnvoll wäre daher die Anschlussmöglichkeit für eine externe Antenne vor allem bei der Navigatio im Auto. Es gibt auch viele käufliche GPS Antennen
http://www.idealo.de/preisvergleich/ProductCategory/5252F1767751.html
Einbauantennen gibt es auch hier
http://www.sarantel.com/products
Aber die Handys werden immer flacher.
Eine Bauanleitung für eine verbesserte GPS Antenne ist auch hier zu finden
http://chinamobiles.org/threads/no-1-s6-galaxy-s4-testbericht.36023/page-50#post-406626
Ich habe noch nicht an Handys gebastelt , aber ideal wäre eine Antennenlänge von ca 5 cm λ/4 bei üblichen Handygrößen. Wichtig ist auch der Wellenwiderstand , damit möglichst wenig Reflexionen entstehen.
Ich kenne mich aber mit der Antennentechnik nur in Basiswissen aus, Es gib vielleicht Mitglieder mit fundierten Wissen in Antennentechnik.
4.10 Ausblick
die neuen Satelliten werden in einen anderen Modulationsverfahren senden Das bisherige Verfahren
BPSK die neuere Modulation ist
BOC , welches auch bei Gallileo angewendet wird.
Die neuen Satelleten werden aber mit Sicherheit zunächst in beiden Modulation senden.
