Auswahl eines GPS-Empfängers

Einige der Fragen, die Sie vor einer Entscheidung bedenken sollten, sind:

• Brauchen Sie nur eine gelegentliche Positionbestimmung oder brauchen Sie etwas, das Ihnen eine genaue Steuerung ermöglicht?
• Müssen Sie Ihre Geschwindigkeit exakt bestimmen - vielleicht weil Sie die Leistung einer Rennyacht optimieren oder die Leistung einer Maschine bestimmen wollen?
• Sind ökonomische Gesichtspunkte wichtiger als die Genauigkeit?
• Ist Stromverbrauch ein wichtiger Faktor?
• Wird der Empfänger unter starken Bewegungen arbeiten müssen, wo er Beschleunigungen und hohen Geschwindigkeiten ausgesetzt ist?

Bei so vielen auf dem Markt befindlichen Empfängern kann es von Nutzen sein, die Haupttypen der verfügbaren Empfänger, ihre Konstruktions-Philosophie und einige ihrer Vorzüge und Nachteile herauszuarbeiten.

Die beiden grossen Gruppen von Empfängern sind zum einen die, die vier oder mehr Satelliten gleichzeitig verfolgen können, und zum anderen solche, die von einem Satelliten zum nächsten umschalten müssen. Innerhalb jeder Kategorie gibt es eine Reihe von Untergruppen:

Empfänger mit Kanalumschaltung (Multiplexer)

Alle GPS-Empfänger müssen Informationen von mindestens vier Satelliten empfangen, um eine Position genau zu berechnen. Empfänger mit Kanalumschaltung (auch serielle Empfänger genannt) benutzen einen einzigen Kanal und schalten diesen von einem Satelliten zum nächsten (serielle Abarbeitung der Satelliten), um diese Daten zu sammeln. Der Schaltungsaufwand bei diesen Geräten ist normalerweise geringer, sind daher billiger und verbrauchen weniger Strom. Leider kann des Umschalten die Positionsbestimmung unterbrechen und die Gesamtgenauigkeit begrenzen.

Innerhalb dieser Gruppe gibt es Einkanal-Empfänger mit Stromsparschaltung, Einkanal-Empfänger, Zweikanal-Empfänger und die älteren schnell umschaltenden Einkanal-Empfänger.

Einkanal-Empfänger mit Stromsparschaltung

Diese Geräte sind auf Tragbarkeit ausgelegt und normalerweise so konstruiert, dass die durch kleine Batterien versorgt werden. Um die Leistungsaufnahme zu begrenzen, kann es sein, dass sie nur ein- oder zweimal pro Minute eine Positionsbestimmung vornehmen und sich zwischendurch abschalten.

Für Anwendungen wie die eines "persönlichen Positionsbestimmers" für Wanderer oder für Tagesausflüge in kleinen Booten ohne Batterien stellen sie den perfekten Kompromiss dar - ihre Genauigkeit ist wahrscheinlich besser als die der meisten LORAN-Empfänger und sie funktionieren überall auf der Welt.

Ihre Haupt-Nachteile sind die verringerte Genauigkeit, die begrenzten Schnittstellen und sie sind nicht in der Lage, Geschwindigkeiten einigermassen genau zu messen. Da das System sich zwischen den Messungen abschaltet, kann es die Kontinuität nicht wahren, die zur genauen Bestimmung einer Geschwindigkeit nötig ist. Ausserdem sind, da diese Geräte normalerweise mit sehr stromsparenden Uhren ausgerüstet sind (weil die Uhr immer eingeschaltet bleiben muss), die Uhren nicht so präzise.

Einkanal-Empfänger

Genau wie die eben beschriebenen Empfänger, benutzen auch diese nur einen Kanal zur Enfernungsbestimmung zu den Satelliten. Die Einkanal-Empfänger sind jedoch nicht durch den Stromverbrauch eingeschränkt und müssen sich zwischen den Messungen nicht abschalten.

Dies bedeutet, dass sie etwas genauer sein können und auch Geschwindigkeiten messen können, solange keine deutlichen Beschleunigungen oder Kursänderungen auftreten. Da ihr einziger Kanal sowohl zum Empfang von Datenmitteilungen des Satelliten als auch zur Durchführung der Abstandsberechnungen benutzt werden muss, kann eine kontinuierliche Positionsbestimmung mit ihnen nicht durchgeführt werden.

Darüber hinaus beeinflusst aus technischen Gründen die Instabilität der Uhr des Empfängers direkt die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessungen. Um Kosten zu senken, verwenden einige preiswerte Empfänger billige Uhren - mit dem Ergebnis, dass die Geschwindigkeitsangaben nicht verlässlich sind.

Schnell umschaltende Einkanal-Empfänger

Diese Konstruktion ist den vorher erwähnten langsam umschaltenden Einkanal-Empfängern sehr ähnlich, aber sie schaltet sehr viel schneller von Satellit zu Satellit um. Der Vorteil ist, dass dieser Gerätetyp Entfernungsbestimmungen vornehmen kann, während er gleichzeitig die Datenmitteilungen eines Satelliten empfängt; auf diese Weise arbeitet er kontinuierlich und ist ausserdem unempfindlicher gegenüber Uhr-Ungenauigkeiten.

Leider benötigt diese Lösung einen hohen Schaltungsaufwand und kostet am Ende genausoviel wie ein Zweikanal-Empfänger mit Kanalumschaltung, der viel flexibler und genauer ist.

Zweikanal-Empfänger mit Kanalumschaltung

Das Hinzufügen eines zweiten Kanals bei einem GPS-Empfänger steigert seine Möglichkeiten erheblich: Zum einen verdoppelt sich der systemeigene Störabstand - das bedeutet, dass der Empfänger Signale unter erschwerten Bedingungen empfangen kann, und dass er Signale von Satelliten, die dichter über dem Horizont stehen, empfangen kann.

Da ein Kanal kontinuierlich die Positionsdaten empfangen kann, während der andere damit beschäftigt ist, mit dem nächsten Satelliten Kontakt aufzunehmen, braucht ein Zweikanal-Empfänger seine Navigations-Funktionen nie zu unterbrechen; ausserdem sind Geschwindigkeitsmessungen wesentlich genauer. Ein guter Zweikanal-Empfänger kann eine Berechnungsstrategie benutzen, die alle Ungenauigkeiten ausgleicht, die von der Empfängeruhr ausgehen könnten.

Der Nachteil einer Zweikanal-Auslegung ist, dass sie normalerweise in der Herstellung teurer ist und mehr Strom verbraucht. Interessanterweise machen einige moderne Empfänger so ausgiebig Gebrauch von hochintegrieten Schaltungen, dass bei ihnen die Kostensteigerung durch das Hinzufügen eines zweiten Kanals relativ unbedeutend im Vergleich zu den Kosten für eine gute Uhr ist.

Trotz allem sind Zweikanal-Empfänger normalerweise teurer als ihre Einkanal-Gegenstücke. Dies kommt daher, dass Nutzer, die die Genauigkeit und die kontinuierliche Arbeitsweise eines Zweikanal-Empfängers bevorzugen, normalerweise auch ein robusteres Gerät und ausgeklügeltere Bedienerelemente und Anzeigen wünschen.

Kontinuierlich arbeitende Empfänger (heute üblicher Standard)

Empfänger, die vier oder mehr Satelliten gleichzeitig beobachten können, können verzögerungsfrei die Position und die Geschwindigkeit angeben. Dies kann bei Anwendungen wertvoll sein, wo der Empfänger sich schnell bewegt oder wo sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, daher verwendet man diese Empfänger oft für Vermessungszwecke oder wissenschaftliche Aufgaben. Es gibt sie mit 4, 5, 8 und sogar mit 10 und 12 Kanälen.

Neben dem offensichtlichen Vorteil einer kontinuierlichen Positionsbestimmung, können diese Mehrkanal-Empfänger auch das GDOP-Problem lösen.

Anstatt sich auf eine Berechnung zu verlassen, die auf vier für die beste Standortberechnung ausgesuchten Satelliten beruht, benutzen einige dieser Geräte alle erreichbaren Satelliten, um den geringstmöglichen GDOP zu erzielen.

Mit vier Kanälen kann der Störabstand gegenüber einem Zweikanal-Empfänger verdoppelt, gegenüber einem Einkanal-Empfänger sogar vervierfacht werden, und durch den Vergleich der Kanäle miteinander kann jeder Einfluss der Kanäle aufeinander, der die Genauigkeit beeinträchtigen könnte, beseitigt werden.

Die Nachteile dieser Art von Geräten liegt natürlich in den Kosten und im Energieverbrauch.

Weitere Gesichtspunkte

Neben den Vor- und Nachteilen eines bestimmten Gerätes gibt es einige zusätzliche Gesichtspunkte, die bei der Auswahl einer Anlage berücksichtigt werden sollten.

Einige neuere Geräte erreichen eine ungeahnte Genauigkeit beim Verarbeiten sowohl des Pseudo-Zufallscodes als auch seiner Trägerfrequenz. Dieses Verfahren, das "Träger-gestützte Verarbeitung" (Carrier-aided tracking) genannt wird, ermöglicht es dem Empfänger, mit grosser Präzision aufzulösen, wo genau die "Kante" des Pseudo-Zufallcodes liegt. Dies bedeutet präzisere Zeitmessungen, die wiederum bessere Positionsbestimmungen ergeben.

Es gibt immer noch einige Geräte, denen man erst die ungefähre Position und die ungefähre Zeit mitteilen muss, bevor sie ihre Berechnungen beginnen können; gute Empfänger können ohne Vorarbeit starten und Ihre Position überall ermitteln - dies wird oft als "Anywhere-Fix" bezeichnet.

Weiterhin zu berücksichtigen ist die Benutzer-Schnittstelle, also die Anzeigen, Bedienerelemente und Anschlüsse - einige Geräte geben ausser Längen- und Breitengrad kaum etwas an, andere sind sehr schwierig zu handhaben und können nicht an andere Messinstrumente oder an Computer angeschlossen werden.

Natürlich ist die Zuverlässigkeit ein anderer wichtiger Faktor, den es bei allen Instrumenten zu berücksichtigen gilt, die auf See oder in abgelegenen Gebieten eingesetzt werden. Energieverbrauch und die damit verbundene Wärmeerzeugung, sind wichtige Indikatoren, die beachtet werden sollten. Die Statistik zeigt, dass die Ausfallraten sich jeweils bei Temperaturanstieg um 7°C verdoppeln. Die heutigen ausgeklügelten Empfänger fügen der grundlegenden GPS-Information eine Menge wertvoller Daten hinzu, indem sie sich auf sehr komplexe Weise verarbeiten; oft werden sie auf hochauflösenden Anzeigen dargestellt, ein Empfänger stellt Ihre Position sogar direkt auf einer digitalisierten Karte dar.

Obwohl also alle Empfänger die gleichen GPS-Daten verarbeiten, nutzen sie sie auf sehr unterschiedliche Weise; sie können diese Daten, die weit über blosse Längen- und Breitengradangaben hinausgehen, nutzen, um Ihnen bei Navigations- und Positionierungs-Entscheidungen zu helfen.

Einkauftips für Empfänger

Eine schnelle Methode, um die Genauigkeit eines Empfängers zu testen, ist die Beobachtung der Positions- und Geschwindigkeitsanzeigen während der Empfänger sich nicht bewegt.

Bei einem guten Empfänger werden sich, wenn überhaupt, die angezeigten Werte kaum ändern. Die Anzeigen eines schlechten Empfängers werden ständig hin und her schwanken.

Vorsicht: Einige Hersteller kaschieren die Leistungsfähigkeit Ihrer Geräte, indem sie ihre Empfänger so programmieren, dass die Anzeige Null ist, wenn die Geschwindigkeit unter 1 km/h sinkt.