Was ist eine trilaterale Vermessung – wie GPS-Geräte Mathematik verwenden, um den Standort zu bestimmen?

Trilaterale Messung istGlobal Positioning System (GPS) Eine mathematische Technik, die von Geräten verwendet wird, um den Standort, die Geschwindigkeit und die Höhe des Benutzers zu bestimmen. Durch kontinuierliches Empfangen und Analysieren von Funksignalen von mehreren GPS-Satelliten und Anwenden der geometrischen Formen von Kreisen, Kugeln und Dreiecken können GPS-Geräte die genaue Entfernung oder Reichweite jedes verfolgten Satelliten berechnen.

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Arbeitsprinzip der trilateralen Messung

Die trilaterale Messung ist eine komplexe Version der Triangulation, obwohl sie bei ihren Berechnungen keine Winkelmessung verwendet. Daten von einem einzelnen Satelliten liefern die ungefähre Position eines Punktes innerhalb eines großen kreisförmigen Bereichs auf der Erdoberfläche. Das Hinzufügen von Daten vom zweiten Satelliten ermöglicht es GPS, die spezifische Position des Punktes auf einen Bereich einzugrenzen, in dem sich die beiden Satellitendatenbereiche überlappen. Das Hinzufügen von Daten eines dritten Satelliten kann die genaue Position des Punktes auf der Erdoberfläche liefern.

Alle GPS-Geräte benötigen drei Satelliten, um den Standort genau zu berechnen. Die Daten des vierten Satelliten (sogar mehr als vier Satelliten) verbessern die Genauigkeit der Punktposition weiter und ermöglichen auch die Berechnung von Faktoren wie Höhe oder im Fall eines Flugzeugs Höhe. GPS-Empfänger verfolgen normalerweise vier bis sieben Satelliten gleichzeitig und verwenden Trilateration, um die Informationen zu analysieren. 

GPS-Satellit

existierenUS-VerteidigungsministeriumVerwaltete 24 Satelliten-Relay-Daten weltweit. Egal wo Sie sind, Ihr GPS-Gerät kann mit mindestens vier Satelliten in Kontakt bleiben, auch in Waldgebieten oder Metropolen mit hohen Gebäuden. Jeder Satellit umkreist die Erde zweimal täglich und sendet regelmäßig Signale aus einer Höhe von etwa 12.500 Meilen zur Erde. Der Satellit wird mit Solarenergie betrieben und verfügt über Backup-Batterien.

Wenn GPS versagt 

Wenn der GPS-Navigator nicht genügend Satelliten verfolgen kann und nicht genügend Satellitendaten empfängt, schlägt die trilaterale Messung fehl. Hindernisse wie große Gebäude oder Berge können auch schwache Satellitensignale blockieren und genaue Positionsberechnungen verhindern. Das GPS-Gerät erinnert den Benutzer in gewisser Weise daran, dass es keine korrekten Standortinformationen liefern kann.

Satelliten können auch vorübergehend ausfallen. Zum Beispiel wegenTroposphäre und IonosphäreDas Signal bewegt sich möglicherweise zu langsam. Signale können auch Signale von bestimmten Formationen und Strukturen auf der Erde aussenden, was zu trilateralen Messfehlern führt. 

GPS-Technologie und -Systeme der Regierung

GPS wurde 1978 mit dem Start des ersten globalen Positionsbestimmungssatelliten eingeführt. Erst in den 1980er Jahren wurde es ausschließlich von der US-Regierung kontrolliert und genutzt. Die komplette Flotte von 24 aktiven Satelliten, die von den Vereinigten Staaten kontrolliert werden, wurde erst 1994 in Betrieb genommen.

GPS-Geräte senden keine Daten an Satelliten. GPS-Geräte (z. B. Smartphones, die mit dieser Technologie ausgestattet sind) können auch Telefonsysteme (z. B. Mobilfunkmasten und -netze) und Internetverbindungen nutzen, um die Positionsgenauigkeit weiter zu verbessern. Bei Verwendung der beiden letztgenannten Systeme kann das GPS-Gerät Daten an diese Systeme senden.

Da das GPS-Satellitensystem im Besitz der US-Regierung ist, kann es den Zugang zum Netzwerk selektiv verweigern oder einschränken, und auch andere Länder haben ihre eigenen GPS-Satellitennetzwerke entwickelt. Diese beinhalten:

  • China Beidou Satellitennavigationssystem
  • Russlands globales Satellitennavigationssystem (GLONASS)
  • EU Galileo-Positionierungssystem
  • Indiens indisches regionales Navigationssatellitensystem (IRNSS), auch bekannt als NAVIC
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