Assisted-GPS
Satelliten, wo seid ihr?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Langwierige Signalauswertung
Am Horizont (Elevation = 0) ist die Verschiebung am größten: ±4,6 kHz. Durch systematisches Verschieben und Vergleichen aller Codes (Bild 3) und der Frequenz mit sämtlichen ankommenden Satellitensignalen ergibt sich zu einem bestimmten Zeitpunkt einmal eine vollständige Übereinstimmung bei den Codes (d.h., der Korrelationsfaktor ist 1, Bild 4). Eine Suchposition in der Code-Frequenz-Ebene wird BIN genannt.
Wird eine Frequenzauflösung von 200 Hz verlangt, kann sich eine Gesamtsuchzeit von (2 × 23) × (1023 × 2) × 1 ms = ca. 93 s ergeben, und dies pro Satellit. Zusätzlich wird die Suchzeit wegen der Ungenauigkeit des internen Oszillators verlängert, z.B. ergibt eine Abweichung von 1 ppm der Oszillatorfrequenz eine Frequenzdrift von 1500 Hz (bezogen auf L1).
Erst wenn der Empfänger das Signal synchronisiert hat, können die Daten – die so genannte Navigationsnachricht – gelesen werden. Die Navigationsnachricht wird zur Berechnung der aktuellen Position der Satelliten und zur Bestimmung der Laufzeiten benötigt. Die Navigationsnachricht ist ein kontinuierlicher Datenstrom von 50 bit/s und wiederholt sich alle 30 s. Jeder Satellit übermittelt im Halbminuten- Takt folgende Informationen zur Erde:
- Systemzeit und Zeitkorrekturwerte,
- hochpräzise eigene Bahndaten (Ephemeriden),
- angenäherte Bahndaten aller Satelliten (Almanach),
- Systemzustand etc.
Die Ephemeriden-Daten werden im Intervall von 30 s ausgesendet und sind nur vier Stunden gültig. Erst wenn die Daten von mindestens vier Satelliten entschlüsselt sind, wird die Position des Anwenders berechnet. Es sind noch verschiedene Einschaltmoden zu unterscheiden; die Einschaltzeit wird als TTFF (Time To First Fix) bezeichnet:
- Kaltstart: Der GPS-Empfänger war längere Zeit ausgeschaltet und hat keine gültigen Daten. Die ungefähre Position des Empfängers und die Zeit sind unbekannt.
- Warmstart: Der GPS-Empfänger war zwischen vier Stunden und zwei Wochen ausgeschaltet. Die Almanach- Daten sind noch gültig und Zeit bzw. ungefähre Position sind bekannt.
- Heißstart: Der GPS-Empfänger war weniger als vier Stunden ausgeschaltet, dadurch sind die Ephemeriden- Daten noch gültig
Moderne GPS-Empfänger haben bei guten Empfangsbedingungen folgende ungefähre TTFF-Einschaltzeiten [1]:
- 44 s bei Kaltstart,
- 20 s bei Warmstart,
- 1 s bei Heißstart
Wovon hängt die Empfindlichkeit ab?
Im Freien beträgt die Leistung des GPS-Empfangssignals gemäß Spezifikationen mindestens –160 dBW (–130 dBm). Das Maximum der spektralen Leistungsdichte des empfangenen Signals wird mit –190 dBm/Hz angegeben. Die spektrale Rauschleistungsdichte, z.B. vom Weltall- Hintergrundrauschen, beträgt zirka –174 dBm/Hz (bei einer Temperatur von 290 K). Das Maximum des empfangenen GPS-Signals liegt somit weit unter dem Rauschsignal.
Damit das Signal decodiert werden kann, muss der Abstand Nutzsignal zu Rauschsignal (C/No) ca. 24 bis 29 dB-Hz betragen. Ein moderner GPS-Chip benötigt deshalb an der Antenne ca. eine Signalstärke von –145 dBm bis –150 dBm, um ein Signal ohne Hilfsdaten zu detektieren. Eine Betonmauer hat aber eine Dämpfung von 20 bis 30 dB. Es ist leicht einzusehen, dass im Falle einer übermäßigen Abschwächung keine Signaldetektierung mehr möglich ist.
- Satelliten, wo seid ihr?
- Langwierige Signalauswertung
- Unterstützung mit Hilfsdaten
- Anwendung der A-GPS-Daten
