Die Grundidee besteht darin, das Beobachtungsdifferenzen frei von vielfältigen Fehlereinflüssen, wie sie bei Einzelmessungen mit gleichem Vorzeichen und Betrag auftreten, sind. Um dies zu realisieren wird mit Hilfssendern gearbeitet. Dabei wird die Position der DGPS - Sende- / Empfangsstation sehr genau vermessen. Die mit dieser Station empfangenen bzw. berechneten Positionsdaten werden mit den tatsächlichen (bekannten) Positionsdaten verglichen und zu einem Korrekturwert verarbeitet. Dieser wiederum wird z.B. über einen Funkkanal (z.B. LW) mehreren mobilen Empfängern zu Verfügung gestellt, siehe Abbildung 0-1 "Prinzip des DGPS bei der Fahrzeugnavigation".
Abbildung 0-1:Prinzip des DGPS bei der Fahrzeugnavigation
Eine Voraussetzung dafür ist jedoch, daß diese
Empfänger in der Lage sind, DGPS-Signale zu verarbeiten, und dadurch
ihre eigene Positionsbestimmung zu optimieren. Diese Meßanordnung
wird unter dem Begriff Differential-GPS (DGPS) geführt.
| Fehlerquelle | Abs. Fehler | Differential C/A Code | |||
| 0 [km] | 200 [km] | 1000 [km] | 2000 [km] | ||
| Satellitenuhr | 3,0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Bahndaten | 2,7 | 0 | 0,1 | 0,5 | 1,0 |
| Satelliten | 31,7 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ionosphäre | 6,0 | 0 | 1,4 | 3,1 | 4,3 |
| Troposphäre | 1,8 | 0 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| Empfänger | 0,7 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| UERE (RMS) | 33,3 | 1,0 | 2,5 | 3,8 | 4,8 |
| Genauigkeit in der Ebene* | 100,0 | 3,0 | 7,5 | 11,4 | 14,4 |
| * Angabe in Metern:
2 sigma = 95%: HDOP = 1,5
UERE = User Equivalent Range Error: RMS = Root Mean Square |
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Tabelle 1: Fehlerausgleich durch DGPS
Nach umfangreichen Testmessungen mit Real Time Differential GPS im Institut für Angewandte Geodäsie Frankfurt am Main, Außenstelle Potsdam, wurde zur Funkausstellung 1995 in Berlin der Abschluß einer Entwicklung vorgestellt, welche die bundesweite Bereitstellung von DGPS/RTCM-Korrekturdaten (RTCM - Radio Technical Commission for Maritime Services) zum Ziel hat. Es sind zwei Komponenten, auf die sich diese Entwicklung stützt:
1.
Die Nutzung der Langwelle in Verbindung mit modernen
Übertragungs- und Modulationsverfahren, welche die Überdeckung
eines Gebietes größer als Deutschland durch den Betrieb eines
einzigen Langwellensenders ermöglicht, nur geringe Abschattungen aufweist
und den Einsatz kleiner, preiswerter Spezialempfänger gestattet. Perspektivisch
ist deren Integration in den GPS-Empfänger vorgesehen.
2.
Die Bildung und Übertragung von DGPS-Korrekturdaten
im standardisierten RTCM-Format, Version 2.0, und ihre Übertragung
im Radio-Data-System (RDS) seit März 1995. Das Radio-Data-System ist
hardwaremäßig realisiert und arbeitet mit einem standardisierten
Format.
Die Korrekturdaten stehen in Echtzeit einem unbegrenzten Nutzerkreis zur Verfügung. Sie werden von der Sendefunkstelle Mainflingen (bei Frankfurt am Main) über 123,7 kHz RDS - codiert ausgestrahlt. Aus einem entsprechendem Langwellen - Empfänger können sie unmittelbar einem RTCM - fähigen GPS - Gerät zugeführt werden (RS232).
Real Time Differential GPS mit einem Genauigkeitslevel < 5 m ist ein Hilfsmittel für Ortungs- und Navigationsaufgaben. Diese Genauigkeit genügt vielen Anforderungen bei der Fahrzeugnavigation (Straßen-, Schiffs- und Flugverkehr), beim Flottenmanagement (Transport- und Taxiunternehmen), bei Rettungs- und Sicherheitsdiensten (Polizei, Feuerwehr, Krankentransport, Technisches Hilfswerk), in der Landwirtschaft, im Umweltschutz, bei der Container- und Lagerverwaltung und bei dem großen Spektrum der Geoinformationssysteme.
Real Time Differential GPS nutzt differentielle Techniken. Am Referenzpunkt werden durch den Vergleich gemessener (instantaner) Koordinaten mit den Sollwerten (Europäisches Referenzsystem EUREF) die DGPS-Korrekturdaten bezüglich der Entfernung der Satelliten (pseudoranges und pseudorange rate corrections) berechnet.
Unter der Voraussetzung, daß am Ort des Nutzers eine Reihe von Fehlereinflüssen (Ionosphäre, Zeit, Satellitenbahn) die gleiche Größenordnung hat wie am Referenzpunkt, wird eine Positionsverbesserung errechnet. Gleichzeitig wird auch der SA - Effekt (Selected Availability) eliminiert, der die Genauigkeit des GPS - Systems einschränkt.
Die mit einem GPS-Empfänger auf einer Feldstation gemessenen Entfernungen zu den Satelliten werden gemeinsam mit den über Langwelle zu empfangenen Korrekturwerten zur Positionsbestimmung verwendet. Dadurch ist deren Unsicherheit von ca. 100 m auf < 5m (2 sigma) reduziert. Vergleichsmessungen auf Punkten des genauesten Vermessungsnetzes der Bundesrepublik Deutschland haben diese Genauigkeiten bestätigt.
Auf der Basis einer Vereinbarung zwischen dem Institut für Angewandte Geodäsie in Frankfurt am Main und der Deutschen Telekom AG werden Konzepte realisiert, die 3 Ausbaustufen vorsehen. Nach dem Start und einer Demonstration auf der Internationalen Funkausstellung Berlin, im August 1995, wird eine Testphase folgen. In einer sich anschließenden Aufbauphase sind die Stabilisierung sowie die Absicherung und Überwachung (Monitorstation) in Verbindung mit einer Anzahl von Gerätedoppelungen und dem Einsatz einer neuen Software geplant. Die 3. Phase (Betrieb) wird auch eine Weiterentwicklung des Real Time Differential GPS einschließen.
Für die Versuchsdurchführung stand uns kurzzeitig
von der TELEKOM und dem Institut für Angewandte Geodäsie ein
DGPS-LW-Empfänger (Dekoder) leihweise zu Verfügung.