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Lexikon der Geowissenschaften: Differential-GPS

Differential-GPS, DGPS, Verfahren zur Genauigkeitssteigerung bei GPS durch Übertragen von Korrekturdaten einer oder mehrerer Referenzstationen an GPS-Nutzer ( Abb. ). Aufgrund der durch die GPS-Sicherungsmaßnahmen (Standard Positioning Service) stark eingeschränkten Genauigkeit bei der Bestimmung absoluter Koordinaten wird GPS in den Geowissenschaften nahezu ausschließlich als relatives Meßverfahren eingesetzt, d.h. es werden Koordinatendifferenzen zwischen zwei oder mehreren Stationen bestimmt. Durch die Differenzbildung wird ein Großteil der wirksamen Fehlereinflüsse (GPS-Fehlerbudget), insbesondere Bahn-, Zeit- und Ausbreitungsfehler eliminiert. Eine oder mehrere Stationen in einem GPS-Projekt werden als Referenzstationen mit bekannten Koordinaten im WGS84 betrachtet. Diese werden entweder projektbezogen mit GPS-Empfängern besetzt, oder man greift auf die Daten von permanent arbeitenden Referenzstationen (z.B. SAPOS) zurück.

Es gibt unterschiedliche Vorgehensweisen:

a) Nutzung der Daten der Referenzstation für nachträgliche Berechnungen (Postprocessing); b) Nutzung von Streckenkorrekturen der Referenzstation in Echtzeit (normales Differential-GPS); c) Nutzung von Streckenkorrekturen der Referenzstation in Echtzeit und Trägerphasenglättung auf der Nutzerstation (trägergeglättete Codemessungen); d) Nutzung der Trägerphasendaten der Referenzstation in Echtzeit (präzises Differential-GPS).

Differential-GPS-Dienste werden weltweit von kommerziellen Anbietern, von Verkehrsbehörden sowie von Institutionen der Landesvermessung aufgebaut. Auf den koordinatenmäßig bekannten Referenzstationen werden alle sichtbaren GPS-Satelliten (GPS-Raumsegment) angemessen. Aus dem Vergleich von gemessenen und Soll-Pseudoentfernungen werden für jeden Satelliten Entfernungskorrekturen berechnet und im international vereinbarten RTCM-Format (Radio Technical Committee for Marine Services) abgestrahlt (b). Die Übertragungsrate beträgt je nach Zeittakt und Satellitenanzahl 50 bis etwa 200 bps (Bit pro Sekunde), so daß weitreichende Lang- und Mittelwellensender verwendet werden können. Im Nutzerempfänger werden die Korrekturen für die jeweils angemessenen Satelliten verwendet.

Differential-GPS-Korrekturen erlauben bis zu einigen 100 km Entfernung von der Referenzstation eine Relativgenauigkeit von wenigen Metern. Durch Einbeziehung von Monitorstationen und Übertragung eines flächenhaften Korrekturmodells können auch größere Entfernungen überdeckt werden (wide area differential gps, WADGPS). Zur Datenübertragung werden dann Kommunikationssatelliten verwendet.

Durch Trägerphasenglättung auf der Nutzerseite (c) kann ohne Mehrdeutigkeitslösung eine Genauigkeit von etwa 0,5-1 m erreicht werden. Die Reichweite beträgt etwa 50 km von der Referenzstation.

Beim präzisen Differential-GPS (d) ist es erforderlich, auf der Nutzerseite die Phasenmehrdeutigkeiten der Trägerwellen zu lösen. Dazu müssen die Trägerphasenbeobachtungen von den Referenzstationen zum Nutzer übertragen werden. Die erforderliche Datenrate beträgt etwa 2400 bps, so daß Übertragungskanäle im Dezimeter- oder Meterband erforderlich sind. In Betracht kommt auch eine Übertragung über Mobilfunk oder über Satelliten. Für einen flächendeckenden präzisen Differential-GPS-Dienst müssen Referenzstationen im Abstand von 50 bis 70 km eingerichtet werden. In Deutschland wird ein derartiger Dienst von den Landesvermessungsbehörden unter der Bezeichnung SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst) aufgebaut. Dieser Dienst gestattet eine Echtzeitgenauigkeit von wenigen Zentimetern. Um flächendeckend eine Genauigkeit von 1-2 cm zu erreichen, müssen die Referenzstationen miteinander verbunden werden (Vernetzung). [GSe]


Differential-GPS: Prinzip des Differential-GPS. R1, R2, R3, R4 = übermittelte Distanzen. Differential-GPS:

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