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GPS Grundlagen

Das globale Navigationssatellitensystem (GPS, global positioning system) besteht aus 24 bis 30 Satelliten, die in einer mittleren Bahnhöhe von 20.200 km die Erde umkreisen. 
Zunächst nur für den militärischen Sektor entwickelt, findet das System heutzutage breite Anwendung in vielen zivilen Bereichen.

Neben dem GPS, welches den höchsten Verbreitungsgrad aufweist, existieren noch andere Navigationssatellitensysteme, wie GLONASS (russisch), BeiDou (chinesisch) und das sich noch im Aufbau befindliche Galileo (europäisch).

Funktionsweise

Die Satelliten senden digital und codiert ihre Position und die aktuelle Zeit als Radiosignal zur Erde. Dabei ist stets eine Mindestverfügbarkeit von sechs Satelliten innerhalb des Horizontes des Empfängers gewährleistet – möglich macht das eine ausgeklügelte Trajektorie (Flugbahn) der einzelnen Satelliten.

In dem Prozessor des GPS-Empfängers wird nun das Zeitsignal eines Satelliten als Referenz genutzt und mit den Zeitsignalen der anderen (mindestens drei Satelliten) verglichen. 
Durch die unterschiedlichen Laufzeiten der Signale lässt sich der Abstand des Empfängers zu jedem Satellit bestimmen.

Mittels Triangulation und den Positionsdaten der GPS-Satelliten wird dann sowohl die Position und Höhe und bei Bewegung des Empfängers auch die Geschwindigkeit und Ausrichtung des GPS-Empfängers berechnet.

Die Genauigkeit liegt umso höher, je mehr Satelliten empfangen werden. Im besten Fall ist unter Verwendung des Differentialsignals (DGPS), welches weitere Korrekturdaten ortsfester Referenzstationen nutzt, eine horizontale Genauigkeit von bis zu 3cm erreichbar.

Anwendung in der Drohne

Wie das Navigationssystem in Ihrem Auto, so nutzt auch die Drohne das GPS-Modul, um die Position im Koordinatensystem der Erde zu ermitteln. Dabei überträgt das GPS-Modul die Längen- und Breitengrade, Geschwindigkeit, Höhe und weitere Daten an die Flugsteuerung. Diese filtert die Informationen über mehr oder minder komplexe Algorithmen und vergleicht die Ist-Position mit der von Ihnen oder dem Automatik Modus vorgegebenen Soll-Position. Sofern Abweichungen vorliegen, korrigiert die Drohne unter Zuhilfenahme der anderen Sensoren ihre Position.

Das ermöglicht nicht nur die präzise Positionierung des Flugroboters, sondern lässt auch den reproduzierbaren Abflug von Strecken und Flächen über einzelne Wegpunkte zu. Damit kann ihr Gerät bei Funkstörungen automatisch zum Start zurückfinden oder sogar selbstständig den Auftrag erledigen. Die Anwendungen sind zahllos und doch sollten sie einige Punkte dabei beachten.

  • Die Ortsbestimmung mittels GPS kann ausfallen und entbindet nicht vom aktiven Fliegen im Notfall.
  • Der Empfang kann durch einige Faktoren wie beispielsweise schlechtes Wetter, Nähe zu Gebäuden und elektromagnetische Abschattung gestört werden.
  • Starke Sonnenstürme vermindern die Positionsgenauigkeit des GPS-Moduls drastisch. Informieren Sie sich regelmäßig über die Sonnenaktivität.
  • Bei schwierigen äußeren Umständen (z.B. bei starkem Wind) kann ihre Drohne stärker als sonst von der Soll-Position abweichen. Es sollte auf ausreichend Abstand zu Hindernissen geachtet werden.
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