Assisted-GPS
Satelliten, wo seid ihr?
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Unterstützung mit Hilfsdaten
Die Positionsbestimmung zu beschleunigen oder gar die Messung bei schwachen Signalen zu ermöglichen, ist der primäre Zweck der Unterstützung mit Hilfsdaten. Dieser Ansatz wird als Aiding oder Assistance bezeichnet und bei Assisted-GPS verwendet. Der GPS-Empfänger fordert Hilfsdaten über das Mobilfunknetz oder über das Internet an. Die Hilfsdaten enthalten Angaben z.B. über:
- die Satellitenkonstellation (Almanach),
- präzise Bahndaten (Ephemeriden, Orbits),
- Zeitinformationen,
- Dopplerfrequenz und Frequenz-Offset (-Fehler) des GPS-Empfängers
Mit der Bereitstellung dieser Hilfsdaten kann der GPS-Empfänger die Position innerhalb kurzer Zeit berechnen, auch wenn die Empfangsbedingungen ungünstig sind. Oft stellt dies bei schwachen Signalen den einzigen Weg dar, um eine Positionsbestimmung zu erwirken. Je nach Komplexität und Vollständigkeit der Hilfsdaten ist die Verkürzung der Startzeit markant. Die Startzeit ist ebenfalls abhängig von der Signalstärke des GPS-Signals. Generell gilt: Je mehr Hilfsdaten zur Verfügung stehen, desto kürzer ist die Startzeit. Bild 5 zeigt die ungefähre Kaltstartzeit TTFF, wenn unterschiedliche Hilfsdaten verwendet werden [2].
Um A-GPS einzusetzen, muss die Mobilfunkstation vier Satellitensignale empfangen und daraus die Hilfsdaten extrahieren. Der Empfang von Hilfsdaten setzt voraus, dass der GPSEmpfänger eine entsprechende Schnittstelle hat.
Offline und Online
Ein typisches A-GPS-Gesamtsystem, wie im Blockdiagramm (Bild 6) illustriert, besteht aus einem globalen Referenznetzwerk von GPS-Empfängern, einem zentralen Server, der Hilfsdaten bereitstellt, und A-GPS-fähigen Endgeräten. Die GPS-Empfänger im globalen Referenznetzwerk empfangen die relevanten Satelliten- Informationen und leiten diese an den Location Server weiter. Der Server berechnet die Hilfsdaten und überträgt sie (über das Mobilfunknetz oder über das Internet) auf Anfrage zu den GPS-Endgeräten, die anschließend die erste Positionsangabe schneller berechnen können. Zwei verschiedene Techniken werden angewendet, um die Hilfsdaten einzusetzen: Offline- und Online-Prinzip.
Bei A-GPS mit Offline-Hilfsdaten werden dem GPS-Empfänger vorausberechnete Bahndaten übermittelt. Die Orbitdaten berechnet der Server aus den Informationen des Referenznetzwerks und legt sie in einem Speicher ab.
Die Verbindung zum Server wird nach dem Herunterladen der Datei abgebrochen. Wenn der GPS-Empfänger das nächste Mal startet, wird er aus diesen vorausberechneten und gespeicherten Orbits die aktuellen Bahndaten heraussuchen und zur Navigation verwenden. Er muss also nicht warten, bis die Daten von den Satelliten heruntergeladen werden, sondern kann gleich mit der Navigation beginnen. Die Hilfsdaten können je nach Anbieter zwischen zehn und 14 Tagen gültig sein, wobei zu beachten ist, dass die resultierende Positionsgenauigkeit mit der Zeit abnimmt. Je nach Anbieter kann der Offline-Dienst eine andere Bezeichnung haben: Long Term Orbits (LTO), AssistNow, InstantFix, AlmanacPlus etc.
Beim Online-Prinzip (Echtzeit- Prinzip) werden die Hilfsdaten unmittelbar bei Bedarf in Echtzeit von einem Location Server heruntergeladen und sind nur kurzzeitig gültig. Um diese Funktion zu ermöglichen, muss ein Hilfsprogramm (so genannter Client) im mobilen Empfänger installiert werden. Der Server übermittelt die Hilfsdaten (zirka 1 bis 3 Kbyte) zum Client der Mobilstation.
Ein GPS-Empfänger kann wahlweise einzelne Hilfsdaten oder alle Hilfsdaten anfordern. Zum Beispiel verfügen die u-blox-Empfangsmodule der Serien 5 und 6 über verschiedene Befehle und können selektiv folgende Daten laden [3]: Zeitinformationen, Datum, Ephemeriden, Almanach, Eigenschaften der Ionosphäre etc
- Satelliten, wo seid ihr?
- Langwierige Signalauswertung
- Unterstützung mit Hilfsdaten
- Anwendung der A-GPS-Daten
