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GPS-Dienste

für kinematische Fragestellungen

Kinematische Anwendungen und Bestimmungen von präzisen Positionen in der Bewegung werden in den unterschiedlichsten Bereichen immer wichtiger. Das erste Beispiel kommt aus der Luftfahrt.

Im Jahr 2007 stieg die Zahl der Flugbewegungen nach dem konventionellen Instrumentenlandedienst in Deutschland um 4,4 % auf 3,1 Millionen. Zukünftig soll diese Methode jedoch von der Satellitennavigation ersetzt werden. Ein erster Test des neuen Präzisionslandesystems GBAS konnte am 5. September 2007 am Flughafen Bremen erfolgreich durchgeführt werden.

Das zweite Beispiel kommt aus dem stark boomenden Bereich Precision Farming. Neue Sensoren, Bordcomputer und Satelliten-Navigationssysteme ermöglichen es Landwirten, bedarfsgerecht zu spritzen und zu düngen. Dadurch können bis zu 20 % an Dünge und Pflanzenschutzmitteln eingespart werden. Eine Forschungsarbeit die am IGG entsteht beschäftigt sich mit der Schaffung von Längs- und Querreihen mittels präziser, positionsgesteuerter Ablage. Dadurch soll erzielt werden, das ein maschinelles Hacken sowohl in Längs- als auch in Querrichtung möglich ist.

Eng verbunden mit der immer größer werdenden Nachfrage nach kinematischen Anwendungen ist die Forderung die Genauigkeitsansprüche zu steigern. Um diese Forderung zu erfüllen gibt es zwei wesentliche Möglichkeiten. Die einfachste Möglichkeit ist die, neben seiner bewegten GPS-Antenne eine eigenen Referenzstation zu unterhalten. Um die Wirtschaftlichkeit zu steigern, ist es auch möglich, die notwendigen Korrekturen oder Beobachtungen von einem Satellitenpositionierungsservice zu beziehen. Diese Dienste unterhalten ein Netz von Referenzstationen und liefern dem Kunden gegen ein Entgeld die für ihn notwendigen Werte per Handy- oder Internetverbindung. In Deutschland sind an dieser Stelle die Dienste SAPOS, ASCOS und Trimble.

Die zweite Möglichkeit der Genauigkeitssteigerung liegt in der besseren und realistischeren Beschreibung des stochastischen Modells bei kinematischen GPS-Beobachtungen. Die zur Zeit noch vorherrschende Definition des stochastischen Modells durch eine skalierte Einheitsmatrix als Kovarianzmatrix der GPS-Trägerphasenmessungen ist nicht ausreichend. Die damit implizierte konstante Genauigkeit und die Unkorreliertheit aller GPS-Beobachtungen ist falsch, wie wir später noch sehen werden. Wir müssen also übergehen von dieser Definition hin zu einer voll besetzten Kovarianzmatrix.

Europa baut mit GALILEO ein eigenes globales Satellitennavigationssystem auf, das die Entwicklung positions- und zeitbasierter Anwendungen vorantreiben soll. Nach einigen Verzögerungen wurde der Starttermin für den zweiten GALILEO Testsatelliten GIOVE B auf den 27. April 2008 festgelegt. Mit Fertigstellung von GALILEO sind dann neben den Satelliten von GPS und GLONASS ungefähr 80 Satelliten zur Positionsbestimmung im Orbit. Der wesentliche Nutzwert für wissenschaftliche Anwendungen liegt in der Kombination des GPS/GLONASS mit GALILEO.

Durch die Kombination und Erneuerung der Systeme ergeben sich einige Vorteile. Zum Einen bekommt man eine bessere geometrische Verteilung der Satelliten zum Anderen wird das existierende Problem hinsichtlich der Anzahl sichtbarer Satelliten bei Messungen in Straßenschluchten minimiert, wodurch eine deutliche Verbesserung der Mehrdeutigkeitssuche zu erwarten ist. Darüber hinaus wird es die Fixierung von Mehrdeutigkeiten ebenfalls erleichtern, dass sowohl das GALILEO als auch das GPS-System drei zivile Frequenzen senden werden, wodurch mehr Kombinationsmöglichkeiten der Signale entstehen. Es könnte also beispielsweise ein hochpräziser geodätischer Kinematik Empfänger für den Nahbereich entwickelt werden, der über die Möglichkeit einer sehr schnellen Mehrdeutigkeitslösung verfügt.

Daraus folgt, dass es bei präzisen kinematischen Anwendungen umso mehr darauf ankommt, eine möglichst zutreffende Beschreibung des stochastischen Modells zu haben. Ziel der Forschung ist es, die GPS-Dienste für kinematische Fragestellungen zu untersuchen und ein realistischeres stochastisches Modell für GNSS-Messungen aufzustellen.

           

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