Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...

GeoSN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente eines GeoSNGPS Empfänger akquirieren ohne externe Befehle alle sichtbaren GPS-Satelliten, indemaus einer grob bekannten Position und den bekannten Satellitenbahnen die Suchfenster fürSignale bestimmt werden. Anschließend werden automatisch die Code-Signale der sichtbarenSatelliten sowie die GPS-Systemzeit gemessen. Eine Messung der Phase der GPSTrägerfrequenzen L1 bzw. L2, auf denen die Codes und GPS-Informationen aufmoduliertsind, ist keine grundsätzlich implementierte Fähigkeit, aber für die Sensoren im GeoSNzwingend erforderlich (siehe Kapitel 3.2.1). Ein GPS Empfänger, der Trägerphasen aufbeiden GPS-Frequenzen messen kann, wird auch als High-End oder geodätischer Empfängerbezeichnet, da mit Hilfe dieser Messungen die höchsten Genauigkeiten möglichsind (siehe Kapitel 5.2.2).Mit Hilfe der Code-Messungen bestimmt ein Empfänger die zugehörigen Pseudoranges zuden Satelliten und über die bekannten Koordinaten der Satelliten zum Zeitpunkt der Messungseine Position als so genannte Single-Point-Position (SPP) mit einer Genauigkeit voneinigen Metern. Eine Ausgabe von Positionen ist dann etwa im standardisierten NMEA-ASCII-Format 5 [Web 7] möglich, die noch auf die wesentlichen Informationen Zeit undKoordinate reduziert werden können. Somit kann die Informationsmenge einer GPS-Messung stark begrenzt werden. Die hoch genaue Zeitbestimmung mit GPS über dieAtomuhren der Satelliten (GPS-Systemzeit) hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Messungenanderweitig angeschlossener Sensoren auf diese Zeitbasis synchronisiert werdenkönnen.Seit der Einführung des Navstar GPS haben sich die Empfänger aufgrund des technischenFortschritts auf dem Gebiet der Stromversorgung und Miniaturisierung von Rechnerkomponentenstark weiterentwickelt. Viele der notwendigen Tätigkeiten bei der Akquirierungund Auswertung von GPS Signalen konnten von Hardwareelementen auf Softwarearbeitenumgewandelt werden.Gleichzeitig hat der Massenmarkt für diese Geräte, insbesondere aufgrund ihres Einsatzesim Bereich der Navigation von Landfahrzeugen, die Kosten für einen einfachen GPS-Empfänger inzwischen erheblich reduziert. Aus diesem Grund werden sie auch als Bestandteileines nicht auf ingenieurgeodätische Überwachungen ausgelegten WSN immerinteressanter, um eine Positionsbestimmung von Sensorknoten, wie zu Beginn des Kapitels2 angesprochen, sicherzustellen. Fähigkeiten zu einem sparsamen Energieverbrauchund bereits vorprogrammierte Ruhephasen, sowie die starke Miniaturisierung der GPS-Empfänger auf Chipgröße erfüllen auch die sonstigen Anforderungen an Elemente einesSensorknotens im WSN. Allein die freie Himmelssicht schränkt den Aspekt der ungeplantenSensorausbringung eines WSN ein. Eine hoch genaue Positionsbestimmung, wie sieim GeoSN gefordert wird, ist allerdings nur mit Hilfe von DGPS 6 möglich (siehe Kapitel3.2.1)GPS-Empfänger stellen sich einem Nutzer immer in zwei unterschiedlichen Formen dar.Die eine Gruppe von Empfängern ist für einen manuellen Betrieb ohne zusätzliche Hardwareausgelegt und soll dem Anwender die GPS-Positionsbestimmung unmittelbar zurVerfügung stellen. Zu diesem Zweck sind diese Geräte mit einem Display zur Anzeige derMessungen und einem Bedienfeld für manuelle Eingaben ausgelegt. Diese Geräte besitzenzwar Schnittstellen, an die sie insbesondere NMEA-Nachrichten ausgeben und an denen5 NMEA: National Marine Electronics Association.6 DGPS: Differentielles GPS.- Seite 33 -