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GPS besteht aus drei Segmenten – der Satellitenkonstellation, dem Bodenkontrollnetzwerk und den Benutzergeräten. Die Satellitenkonstellation umfasst Satelliten in mittlerer Erdumlaufbahn, die die Entfernungsmessungssignale und Navigationsdatenmeldungen an die Benutzerausrüstung liefern. Das Bodenkontrollnetzwerk verfolgt und wartet die Satellitenkonstellation, indem es den Zustand der Satelliten und die Signalintegrität überwacht und die Konfiguration der Satelliten im Orbit aufrechterhält. Darüber hinaus aktualisiert das Bodenkontrollnetzwerk auch die Uhrenkorrekturen und Ephemeriden der Satelliten sowie zahlreiche andere Parameter, die für die Bestimmung von Position, Geschwindigkeit und Zeit (PVT) der Benutzer unerlässlich sind. Das Benutzergerät empfängt Signale von der Satellitenkonstellation und berechnet die Benutzer-PVT.

Wie kreisen die GPS-Satelliten um die Erde?

GPS-Satellitenkonstellation:

Die Basissatellitenkonstellation besteht aus 24 Satelliten, die in sechs erdzentrierten Orbitalebenen positioniert sind, mit vier Betriebssatelliten und einem freien Satellitenplatz in jeder Orbitalebene. Das System kann eine Konstellation von bis zu dreißig Satelliten im Orbit unterstützen. Die Umlaufzeit eines GPS-Satelliten beträgt die Hälfte eines siderischen Tages oder 11 Stunden 58 Minuten. Die Bahnen sind nahezu kreisförmig und in gleichem Abstand um den Äquator in einem Abstand von 60 Grad mit einer Neigung von 55 Grad zum Äquator angeordnet. Der Orbitalradius (d.h. die Entfernung vom Massenschwerpunkt der Erde zum Satelliten) beträgt etwa 26.600 km.

Mit der Basislinien-Satellitenkonstellation haben Benutzer mit einer klaren Sicht zum Himmel mindestens vier Satelliten im Blickfeld. Es ist wahrscheinlicher, dass ein Benutzer sechs bis acht Satelliten sehen würde. Die Satelliten senden Entfernungssignale und Navigationsdaten aus, die es den Benutzern ermöglichen, ihre Pseudoentfernungen zu messen, um ihre Position, Geschwindigkeit und Zeit in einem passiven Listen-only-Modus abzuschätzen.

Bodenkontroll-Netzwerk:

Das Herzstück des Bodenkontrollnetzwerks ist die Master Control Station (MCS) auf dem Luftwaffenstützpunkt Schriever (ehemals Falcon) in der Nähe von Colorado Springs , Colorado. Die MCS betreibt das System und stellt Kommando- und Kontrollfunktionen für die Satellitenkonstellation bereit.

Die Satelliten in der Umlaufbahn werden von sechs über den Erdball verteilten USAF-Überwachungsstationen in Längsrichtung kontinuierlich verfolgt: Ascension Island , Diego Garcia, Kwajalein , Hawaii , Cape Canaveral und Colorado Springs . Die Überwachungsstationen bilden die Datenerfassungskomponente des Kontrollnetzes. Eine Überwachungsstation führt kontinuierlich Pseudo-Range-Messungen an jedem sichtbaren Satelliten durch. In jeder Überwachungsstation gibt es zwei Cäsium-Uhren, die sich auf die GPS-Systemzeit beziehen. Die Pseudoentfernungsmessungen, die vom Empfänger der Überwachungsstation an jedem sichtbaren Satelliten vorgenommen werden, dienen dazu, die genaue Schätzung der Master-Kontrollstation über die Position jedes Satelliten im Orbit zu aktualisieren.

Benutzer-Ausrüstung:

Die Benutzerausrüstung, die oft als “GPS-Empfänger” bezeichnet wird, erfasst und verarbeitet L-Band-Signale von den Satelliten, die für die Berechnung von Benutzerposition, Geschwindigkeit und Zeit in Sichtweite sind. Pfeil nach oben

Wer überwacht die korrekte Funktion von wo aus?

Das Kontrollsegment von GPS besteht aus:

Hauptkontrollstation:

Die Master-Kontrollstation, die sich auf der Schriever Air Force Base in Colorado Springs, Colorado, befindet, ist für die Gesamtverwaltung der Fernüberwachungs- und Übertragungsstandorte verantwortlich. GPS-Ephemeriden sind eine tabellarische Auflistung der berechneten Positionen, Geschwindigkeiten und der abgeleiteten Rektaszension und Deklination der GPS-Satelliten zu bestimmten Zeitpunkten. Ersetzen Sie “Position” durch “Ephemeriden”, denn die Master Control Station berechnet nicht nur die Position, sondern auch die Parameter für Geschwindigkeit, Rektaszension und Deklination, um sie schliesslich auf die GPS-Satelliten hochzuladen.

Stationen überwachen:

Sechs Überwachungsstationen befinden sich auf der Schriever Air Force Base in Colorado, Cape Canaveral, Florida, Hawaii, Ascension Island im Atlantik, Diego Garcia Atoll im Indischen Ozean und Kwajalein Island im Südpazifik. 2005 kamen sechs weitere Überwachungsstationen in Argentinien, Bahrain, Grossbritannien, Ecuador, Washington DC und Australien hinzu. Jede der Überwachungsstationen überprüft die genaue Höhe, Position, Geschwindigkeit und den allgemeinen Zustand der Satelliten im Orbit. Das Kontrollsegment verwendet die von den Überwachungsstationen gesammelten Messungen, um das Verhalten der Umlaufbahn und der Uhr jedes Satelliten vorherzusagen. Die Vorhersagedaten werden an die Satelliten hochgekoppelt oder übertragen, damit sie an die Benutzer zurückübertragen werden können. Das Kontrollsegment stellt auch sicher, dass die Orbits und Uhren der GPS-Satelliten innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben. Eine Station kann bis zu 11 Satelliten gleichzeitig verfolgen. Dieser “Check-up” wird zweimal täglich von jeder Station durchgeführt, während die Satelliten ihre Reise um die Erde vollenden. Bemerkte Schwankungen, wie z.B. die durch die Schwerkraft von Mond und Sonne und den Druck der Sonneneinstrahlung verursachten, werden an die Hauptkontrollstation weitergeleitet.

Boden-Antennen:

Vier Bodenantennen überwachen und verfolgen die Satelliten von Horizont zu Horizont. Sie übermitteln auch Korrekturinformationen an die einzelnen Satelliten.