GNSS vs. GPS-Technologie: Kennen Sie die Hauptunterschiede

GNSS und GPS ergänzen sich gegenseitig, um Präzision und Effizienz zu steigern.

Moderne Navigationssysteme sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Diese Technologien sind in vielen Branchen weit verbreitet, um präzisere Messwerte zu erhalten.

Aktuelle Navigationstechnologien helfen nicht nur bei der optimalen Messung von Entfernungen und Winkeln, sondern finden auch exklusive Anwendung in diversen Wirtschaftsbereichen.

Die Kartierungs- und Vermessungsbranche war eine der ersten, die die GPS-Technologie einsetzte, da diese genauer, schneller ist und weniger Personal benötigt.

Erdbaubetriebe setzen häufig auf Bodensteuerung und Drohnen, um Baustellen effizienter und produktiver zu gestalten.

Obwohl die Satellitennavigation ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde, hat sich ihr Anwendungsbereich heute erheblich erweitert und umfasst private und öffentliche Sektoren in diversen Marktsegmenten wie dem Bauwesen, der Wissenschaft und mehr.

Die meisten Menschen sind wahrscheinlich mit GPS vertraut. Man kann viel Zeit damit verbringen, unbekannte Orte zu erkunden. GNSS hingegen ist ein weniger gebräuchlicher Begriff.

In diesem Artikel werde ich Ihnen GNSS näherbringen und die Unterschiede zwischen GPS und GNSS erläutern. Am Ende werden wir erörtern, welche Technologie für Ihren speziellen Anwendungsfall flexibler, zuverlässiger und genauer ist.

Los geht’s!

Was ist GNSS?

GNSS steht für Global Navigation Satellite System, ein System, in dem verschiedene Länder zahlreiche Satelliten betreiben. Dies dient dazu, Signale aus dem Weltraum zu senden und Zeit- und Positionsdaten an GNSS-Empfänger auf der Erde zu übertragen. Die Empfänger nutzen diese Daten dann, um Ihren genauen Standort zu bestimmen.

Die vielen Satelliten, die die Erde umkreisen, werden als Konstellationen bezeichnet; daher bezieht sich GNSS auch auf die Satellitenkonstellation. Es findet Anwendung im Transportwesen, in Raumstationen, im Schienenverkehr, im Nahverkehr, im Straßenverkehr, im Seeverkehr, in der Luftfahrt und vielen anderen Bereichen.

Navigation, Positionierung und Zeitmessung sind von entscheidender Bedeutung in der Landvermessung, bei Notfallmaßnahmen, im Bergbau, in der Präzisionslandwirtschaft, im Finanzwesen, in der Strafverfolgung, in der wissenschaftlichen Forschung, in der Telekommunikation und weiteren Feldern. Die Leistung von GNSS kann durch regionale satellitengestützte Ergänzungssysteme wie den European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) optimiert werden.

Beispiele für GNSS sind NAVSTAR GPS in den USA, Galileo in Europa, das Navigationssatellitensystem BeiDou in China und Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) in Russland.

EGNOS trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Präzision von GPS-Daten zu verbessern, indem es Informationen über die Integrität der Signale bereitstellt und Signalmessfehler korrigiert. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit wird anhand von vier Hauptkriterien beurteilt:

• Genauigkeit: Dies beschreibt die Abweichung zwischen der gemessenen Geschwindigkeit, Zeit oder Position und der tatsächlichen Geschwindigkeit, Zeit oder Position.
• Kontinuität: Gibt an, ob ein System ohne Ausfall oder Unterbrechung funktioniert.
• Integrität: Die Fähigkeit eines Systems, eine Vertrauensschwelle für die Positionsdaten und einen Alarm bereitzustellen, wird als Integrität bezeichnet.
• Verfügbarkeit: Der prozentuale Anteil der Zeit, in dem ein Signal die Kriterien für Genauigkeit, Kontinuität und Integrität erfüllt, wird als Verfügbarkeit bezeichnet.

Die GNSS-Technologie benötigt mindestens vier Satelliten, um Ihren Standort durch komplexe Trilaterationsberechnungen zu bestimmen. Heutzutage werden drei Segmente als wesentliche Bestandteile der GNSS-Technologie definiert.

Diese gelten als wichtige Elemente der GNSS-Technologie:

• Raumsegment: Das Raumsegment definiert die Konstellationen, die sich zwischen 20.000 und 37.000 km über der Erdoberfläche bewegen.
• Kontrollsegment: Das Kontrollsegment besteht aus einem Netzwerk von Daten-Upload-Stationen, Überwachungsstationen und Hauptkontrollstationen weltweit.
• Benutzersegment: Das Benutzersegment beschreibt die Geräte, die Signale von den Satelliten empfangen und basierend auf der Umlaufbahnposition der Satelliten und der Zeit eine Position berechnen.

Was ist GPS?

Global Positioning System (GPS) ist ein Funknavigationssystem, das an Land, in der Luft und auf See verwendet wird, um die genaue Position, Geschwindigkeit, Zeit und weitere Informationen unabhängig von den Wetterbedingungen zu bestimmen.

GPS wurde erstmals 1978 als Prototyp vom US-Verteidigungsministerium entwickelt. Es wurde 1993 mit einer kompletten Konstellation von 24 Satelliten vollständig in Betrieb genommen.

GPS ist Eigentum der US-Regierung und wird von der US Space Force betrieben. Es ist nicht nur für das Militär von Vorteil, sondern auch für kommerzielle oder zivile Nutzer weltweit. Obwohl die USA GPS entwickelt und kontrollieren, ist es für jeden mit einem GPS-Empfänger zugänglich.

GPS ist eine spezielle Art der GNSS-Technologie, die Zeit- und Geolokalisierungsdaten an GPS-Empfänger liefert. Es ist nicht erforderlich, dass Benutzer Daten hochladen. Es funktioniert flexibel auf jedem Gerät mit guter Internetverbindung.

In der Technologie ist das Vorantreiben neuer Konzepte oberste Priorität. Die technologischen Anforderungen an das bestehende System führen zur Modernisierung des GPS. Dabei kommen das Betriebsleitsystem der nächsten Generation und GPS-Block-IIIA-Satelliten zum Einsatz.

GPS besteht aus drei Teilen: Satelliten, Empfängern und Bodenstationen. Lassen Sie uns die Funktionen jedes Teils näher betrachten:

• Satelliten: Sie funktionieren wie Sterne in den Konstellationen und senden Signale aus.
• Bodenstationen: Sie verwenden Radar, um sicherzustellen, dass sich die Satelliten in der erwarteten Position befinden.
• Empfänger: Dies ist ein Gerät, das Sie in Ihrem Telefon, Auto usw. finden können und das kontinuierlich nach Signalen von Satelliten sucht. Außerdem bestimmt es, wie weit Sie von einem bestimmten Ort entfernt sind.

GNSS vs. GPS: Funktionsweise

Wie funktioniert GNSS?

GNSS variiert in Design und Alter, aber der grundlegende Betrieb ist derselbe. Satelliten senden zwei Wellen im L-Band, nämlich L1 und L2. Diese Trägerwellen übertragen Daten vom Satelliten zur Erde.

GNSS-Empfänger bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einer Antenne und einer Verarbeitungseinheit. Das Funktionsprinzip beider Einheiten ist relativ einfach. Die Antenne empfängt Signale von den Satelliten, während die Verarbeitungseinheit diese Signale erfasst und interpretiert. Es werden mindestens vier Satelliten benötigt, um genaue Positionsdaten zu sammeln.

GNSS-Satelliten umkreisen die Erde alle 11 Stunden, 58 Minuten und 2 Sekunden. Jeder Satellit kann verschlüsselte Signale senden, die einen stabilen Zeitstempel und Umlaufbahndetails enthalten. Diese Signale enthalten Informationen, die ein Empfänger benötigt, um die Positionen der Satelliten zu berechnen und eine genaue Positionierung zu ermöglichen.

Der Empfänger berechnet die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang und der Übertragung des Signals, um die genaue Entfernung zu ermitteln. Das Ergebnis wird in Form von Höhe, Längengrad und Breitengrad angezeigt.

Wie funktioniert GPS?

GPS nutzt eine Trilaterationstechnik, die Signale von Satelliten empfängt, um Benutzern Informationen zu ihrem Standort zu geben. Satelliten, die die Erde umkreisen, senden Signale aus, die von GPS-fähigen Geräten in der Nähe oder auf der Erdoberfläche gelesen und interpretiert werden können.

Für eine genaue Positionsbestimmung muss ein GPS-Gerät Signale von mindestens vier Satelliten empfangen. Jeder Satellit umrundet die Erde zweimal täglich und sendet eindeutige Signale, Zeitinformationen und Bahnparameter.

Da ein GPS-Gerät Informationen über die Entfernung zum Satelliten liefert, kann ein einzelner Satellit keine genaue Position angeben.

Ähnlich wie bei GNSS-Konstellationen besteht auch GPS aus drei Segmenten: Raum, Steuerung und Benutzer.

• Raumsegment: Das Raumsegment umfasst mehr als 30 Satelliten im Orbit, die von der US Space Force betrieben werden. Diese Satelliten senden Funksignale aus, um Stationen auf der Erde zu überwachen und zu steuern.
• Steuersegment: Das GPS-Steuersegment umfasst Backup-Systeme, mehrere Überwachungsstationen, dedizierte Bodenantennen und weltweite Hauptsteuerzentren. Dies gewährleistet, dass die GPS-Satelliten ordnungsgemäß funktionieren und sich in der richtigen Umlaufbahn befinden.
• Benutzersegment: Das Benutzersegment umfasst alle, die auf GPS-Satelliten angewiesen sind, um Position, Navigation und Zeit zu bestimmen.

GNSS vs. GPS: Vor- und Nachteile

Vorteile von GNSS

Nachdem wir nun den Begriff GNSS kennen, der drei oder mehr Satelliten aus verschiedenen Ländern umfasst, um Ihnen präzise und genaue Informationen zu liefern, stellen wir hier einige Vorteile von GNSS vor:

• Alle globalen Navigationssysteme sind jederzeit verfügbar. Wenn eines aufgrund atmosphärischer Bedingungen ausfällt, hilft ein anderes genauso gut weiter. Daher bietet GNSS den Empfängern mehr Verfügbarkeit und Zugriff auf die Signale.
• Sie erhalten präzise Zeitdaten, die weiterverwendet werden können, um ein hochpräzises IoT-Netzwerk zu entwickeln.
• Da es sich um eine Konstellation von Satelliten handelt, verbessert es die Navigationslösung und optimiert die TTFF (Time to First Fix).
• Es spart Kosten und Zeit, indem es präzise Standortinformationen auf Ihr Gerät liefert.
• Sie erhalten eine ununterbrochene Konnektivität überall, z. B. in ausgedehnten Wäldern, Höhlen, dicht besiedelten Orten usw.
• GNSS-Empfänger entfernen ausgefallene Satelliten automatisch aus der Navigationsliste, um Ihnen die beste Lösung zu bieten.

Nachteile von GNSS

Hier sind einige Nachteile von GNSS:

• Erweiterte Systeme sind jedes Mal erforderlich, wenn Sie GNSS-Systeme verwenden, um Präzisionsanflüge zu unterstützen.
• Die vertikale Genauigkeit beträgt über 10 Meter.
• Erweiterte Systeme werden eingesetzt, um die Anforderungen an Verfügbarkeit, Genauigkeit, Kontinuität und Integrität zu erfüllen.
• Betroffen sind Flugzeugbetreiber, Piloten, Flugsicherungsdienste, Aufsichtspersonal usw.
• Die Sicherheit der Navigation hängt von der Präzision der Datenbanken ab.

Vorteile von GPS

• Es ist einfach zu verwenden.
• Kostengünstig.
• 100%ige Abdeckung der Erde.
• Aufgrund seiner Genauigkeit können Sie Kraftstoff sparen.
• Sie können die GPS-Technologie verwenden, um Hotels, Tankstellen, Geschäfte usw. in der Nähe zu finden.
• Es ist einfach in Ihre Geräte zu integrieren.
• Es bietet Ihnen ein zuverlässiges Tracking-System.

Nachteile von GPS

• Der GPS-Chip entlädt den gesamten Akku Ihres Geräts.
• Es durchdringt keine festen Wände. Dies bedeutet, dass Benutzer die Technologie nicht in Innenräumen oder unter Wasser verwenden können.
• Die Genauigkeit hängt von der Signalqualität der Satelliten ab.
• Die Positionsgenauigkeit ist geringer, wenn nur wenige Satelliten empfangen werden können.
• Bei geomagnetischen Stürmen oder anderen atmosphärischen Bedingungen ist der Zugriff auf den Standort möglicherweise nicht möglich.
• Für Landvermessungsgeräte ist eine freie Sicht zum Himmel erforderlich, um Signale zu empfangen.
• Manchmal kann die Ungenauigkeit Sie auf einen anderen, ungültigen Weg oder Ort führen.

GNSS vs. GPS: Anwendungsfälle

Anwendungen von GNSS

Die GNSS-Technologie wurde erstmals im 20. Jahrhundert entwickelt, um dem Militär zu helfen. Im Laufe der Zeit hat sich die Technologie in vielen Anwendungsbereichen etabliert:

• Während der Herstellung werden Autos mit GNSS ausgestattet, das bewegliche Karten, Position, Richtung, Geschwindigkeit, nahe gelegene Restaurants und mehr anzeigt.
• Flugnavigationssysteme verwenden eine bewegliche Kartenanzeige. Sie sind auch mit dem Autopiloten für die Routenführung verbunden.
• Schiffe und Boote nutzen GNSS, um sich in Ozeanen, Meeren und Seen zu orientieren. Es wird auch in Booten für selbststeuernde Geräte eingesetzt.
• Schwere Geräte im Bauwesen, in der Präzisionslandwirtschaft, im Bergbau usw. verwenden GNSS-Technologie zur Maschinensteuerung.
• Radfahrer verwenden GNSS bei Touren und Rennen.
• Kletterer, normale Fußgänger und Wanderer nutzen diese Technologie, um ihre Position zu bestimmen.
• GNSS-Technologie ist auch für Sehbehinderte verfügbar.
• Raumfahrzeuge verwenden diese Technologie als Navigationsinstrument.

Anwendungen von GPS

GPS hat viele Anwendungen auf der ganzen Welt. Hier sind einige davon:

• Die Luftfahrtindustrie nutzt GPS, um Passagieren und Piloten die Echtzeitposition des Flugzeugs anzuzeigen.
• Die Schifffahrtsindustrie bietet Schiffskapitänen präzise Navigationsmöglichkeiten.
• Landwirte verwenden GPS-Empfänger auf ihren landwirtschaftlichen Geräten.
• Vermessung.
• Militär.
• Finanzdienstleistungen.
• Telekommunikation.
• Führung schwerer Fahrzeuge.
• Soziale Aktivitäten.
• Lokalisierung von Positionen.
• Orte in der Nähe finden.
• Schatzsuche.
• Solo-Reisen.

Usw.

GNSS vs. GPS: Unterschiede

Wir alle kennen GPS als ideales Werkzeug, um jeden Ort, jedes Restaurant, jede Adresse und mehr zu finden. Sie können sogar Ihren aktuellen oder Live-Standort mit anderen teilen. Mit GPS können wir auf Standorte zugreifen, aber bei Signalstörungen ist der Zugriff auf Positionen oder Informationen nicht möglich.

GNSS ist ein Begriff für ähnliche Funktionen wie GPS, jedoch mit einem flexibleren und zuverlässigeren Zugriff auf Standorte, auch bei Störungen. Es umfasst GPS, Baidu, Galileo, GLONASS und weitere Konstellationssysteme. Aus diesem Grund wird es als internationales Multi-Konstellations-Satellitensystem bezeichnet. Man kann sagen, dass GNSS mehrere GPS-Satelliten aus verschiedenen Ländern verwendet, um den genauen Standort zu navigieren.

Lassen Sie uns die Hauptunterschiede zwischen den Technologien anhand einiger Aspekte genauer betrachten.

Kriterien	GNSS	GPS
Orbitale Höhe	Es kombiniert die orbitale Höhe verschiedener Satelliten, wie z.B. 19.100 km für GLONASS und 20.200 für GPS.	GPS-Satelliten fliegen weit über der Erdoberfläche in einer Höhe von 20.200 km oder 10.900 Seemeilen mit einer Umlaufzeit von 12 Stunden.
Präzision	Es liefert genauere Informationen. Das Ergebnis wird mit einer Genauigkeit im Zentimeter- oder Millimeterbereich erhalten.	Es liefert weniger genaue Informationen, da es aufgrund von atmosphärischen Bedingungen, Signalblockaden usw. schwanken kann. Die typische Genauigkeit wird mit 4,9 m bis 16 Fuß angegeben.
Systeme	US, GLONASS aus Russland, Galileo aus Europa und BeiDou aus China.	Es ist eine Art von GNSS-System, das in den USA entwickelt wurde.
Satelliten	Es hat 31 Satelliten von GPS, 24 von GLONASS, 26 von Galileo und 48 von BeiDou.	Es hat 21 Satelliten im Orbit.
Umlaufzeit	Die Umlaufzeiten verschiedener Navigationssysteme sind: GLONASS: 11 Stunden und 16 Minuten Galileo: 14 Stunden und 5 Minuten BeiDou: 12 Stunden und 38 Minuten NAVIC: 23 Stunden und 56 Minuten	Es fliegt in kreisförmigen Umlaufbahnen mit einer Umlaufzeit von 12 Stunden oder zweimal täglich.
Status	Der Status der einzelnen Navigationssysteme ist unterschiedlich, z. B. GLONASS ist betriebsbereit, BeiDou hat 22 Betriebssatelliten und mehr.	Der Status von GPS ist betriebsbereit.
Leistungspegel	Der Leistungspegel von GNSS beträgt 125 dBm und variiert je nach Satellit aus verschiedenen Ländern.	Die Signalstärke ist konstant bei 125 dBm.

GNSS liefert präzisere Daten, da es die eingehenden Informationen von verschiedenen Satelliten verschiedener Länder kombiniert. GPS ist hingegen der spezifische Datenanbieter, der von der US-Regierung kontrolliert und verwaltet wird.

Fazit

GPS ist eine Art von GNSS und war das erste globale Navigationssatellitensystem. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird GPS oft als Synonym für ein Satellitennavigationssystem verwendet. Beide sind in Bezug auf ihre Funktionsweise sehr ähnlich, unterscheiden sich jedoch in der Umsetzung ihrer Arbeitsweise.

GNSS und GPS werden in vielen Bereichen eingesetzt, in denen genaue und kontinuierlich verfügbare Zeit- und Positionsinformationen benötigt werden, z. B. im Transportwesen, in der Schifffahrt, der mobilen Kommunikation, der Landwirtschaft, der Leichtathletik und vielen weiteren Bereichen.

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