Navigationssatellit

 

 

 

 

 Positionsbestimmung von Fahrzeugen aller Art

 

 

Navigationssatellit – Positionsbestimmung von Fahrzeugen aller Art

 

Als Navigationssatelliten werden künstliche Erdsatelliten bezeichnet, die zur Positionsbestimmung von Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen dienen.

Zu diesem Zweck strahlt der Satellit – dessen Umlaufbahn genau vermessen wird – Funksignale aus, die von Messgeräten auf der Erde empfangen und analysiert werden. Früher verwendete man Frequenzen zwischen 100 und 500 MHz (Meter- und Dezimeterwellen), heute bis zu 20 GHz (Zentimeterwellen).

Grundlage ist die Entfernungsmessung zwischen dem Empfänger und der laufenden Satellitenposition. Sie kann auch mittels „Pseudostrecken“ (Pseudoranging) oder dem Dopplereffekt (Hyperbelnavigation) erfolgen. Zur Stromversorgung dienen Solarzellen, als Zeitnormal Atomuhren (früher Quarz-Oszillatoren), zur Bahnbestimmung ein Netz von Beobachtungsstationen mit zugehörigem Datenzentrum.

 

Navigationssatellit – Umlaufbahnen

 

Die Wahl der Umlaufbahnen bestimmt wesentlich die Leistungsfähigkeit des Systems. Satelliten in niedrigen Orbits erlauben eine genauere Triangulation, haben aber eine geringere Lebensdauer und eine geringere Sichtbarkeitsdauer, so dass zur vollständigen Abdeckung mehr Satelliten erforderlich sind.

Dementsprechend können die Bahnhöhen und Bahnneigungen von Navigationssatelliten – je nach Zweck – sehr verschieden sein. Das 1965–1990 vielverwendete Transit-NNSS-System hatte 5–6 Satelliten in 1000–1100 km hohen Polarbahnen. Sie waren so gegeneinander versetzt (siehe Bild rechts), dass etwa jede Stunde ein Satellit über den Horizont emporkam. Die Erde rotiert unter diesen Satellitenbahnen quasi wie in einem Käfig.

Das heutige Global Positioning System verwendet 25–30 Satelliten in 20200 km Höhe und Bahnen mit 55° Neigung gegenüber dem Äquator. Eine sehr ähnliche Konfiguration verwenden auch GLONASS (mit leicht höherer Inklination, um höhere Breiten besser abzudecken) und das europäische System Galileo, wohingegen BeiDou eine ähnliche Zahl Satelliten auf 22000 km hohe, geosynchrone und geostationäre Bahnen verteilt.

In allen Fällen ist das Ziel, zu jedem Zeitpunkt an jedem Punkt der Erde eine gewisse Zahl Satelliten (mindestens vier, in der Praxis mindestens sechs bis acht) über dem Horizont zu haben. Die Bahnhöhe bedeutet aufwendigere Starts, doch sind die Satelliten jeweils lange über einem Ort sichtbar und auch ihre Lebensdauer ist lang (10-15 Jahre). Die Hochfrequenztechnik ist soweit fortgeschritten, dass die mit nur etwa 50 Watt abgestrahlten Signale auf der Erde noch gut messbar sind.

Die derzeit meisten Satelliten haben Massen um 2000 kg und tragen je 2 Atomuhren auf Cäsium- oder Rubidium-Basis. Hinzu kommen die Bodenstationen, die die Satellitenbahnen mit hoher Präzision vermessen und diese Daten den Satelliten zugänglich machen müssen. Die Kenntnis der Bahnen ist für eine genaue Positionsbestimmung unerlässlich.

 

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

Copyright Fotos / Grafiken v.o.n.u.v.l.n.r.: NASA

Lizenzbestimmungen Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported (abgekürzt)