GNSS vs. GPS Technologie: Die wichtigsten Unterschiede erklärt

GNSS und GPS arbeiten Hand in Hand, um die Genauigkeit und Effizienz zu verbessern.

Das heutige Navigationssystem ist ein wesentlicher Bestandteil des Lebens eines jeden Menschen geworden. Diese Technologien werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, um genauere Messwerte zu erhalten.

Die moderne Navigationstechnologie hilft nicht nur bei der idealen Messung von Entfernungen und Winkeln, sondern macht auch in verschiedenen Industriezweigen ausschließlich von diesen Messungen Gebrauch.

Die Kartierungs- und Vermessungsbranche gehört zu den ersten, die die GPS-Technologie einsetzen, die genauer und schneller ist und weniger Personal erfordert.

Bodenkontrolle und Drohnen werden häufig von Erdbauunternehmen eingesetzt, um Baustellen zu mehr Effizienz und Produktivität zu führen.

Obwohl die Satellitennavigation ursprünglich für militärische Anwendungen genutzt wurde, haben sich die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologien in der heutigen Zeit erweitert. Dazu gehören private und öffentliche Sektoren in verschiedenen Marktsegmenten wie dem Bauwesen, der Wissenschaft und mehr.

Die meisten von Ihnen werden mit GPS vertraut sein. Es kann Ihnen bei der Erkundung eines unbekannten Ortes viel Zeit sparen. GNSS ist jedoch ein weniger geläufiger Begriff.

In diesem Artikel werde ich Sie mit GNSS vertraut machen und die Unterschiede zwischen GPS und GNSS erläutern. Am Ende werden wir diskutieren, welches System für Ihren Anwendungsfall flexibler, zuverlässiger und genauer ist.

Los geht’s!

Was ist GNSS?

GNSS steht für Global Navigation Satellite System, bei dem verschiedene Länder viele Satelliten betreiben. Dies geschieht, um Signale aus dem Weltraum zu liefern und Zeit- und Positionsdaten an die GNSS-Empfänger auf der Erde zu übertragen. Die Empfänger verwenden diese Daten, um Ihren genauen Standort zu bestimmen.

Die vielen Satelliten, die die Erde umkreisen, werden als Konstellationen bezeichnet; daher bezieht sich GNSS auch auf die Konstellation von Satelliten. Es kann im Transportwesen, in Raumstationen, im Schienen- und Nahverkehr, im Straßenverkehr, im Seeverkehr, in der Luftfahrt usw. eingesetzt werden.

Navigation, Positionierung und Zeitmessung sind in der Landvermessung, im Katastrophenschutz, im Bergbau, in der Präzisionslandwirtschaft, im Finanzwesen, in der Strafverfolgung, in der wissenschaftlichen Forschung, in der Telekommunikation und in vielen anderen Bereichen unerlässlich. Die Leistung von GNSS kann durch regionale satellitengestützte Erweiterungssysteme wie den European Geostationary Navigation Overlay Service(EGNOS) verbessert werden.

Beispiele für GNSS: NAVSTAR GPS (USA), Galileo (Europa), BeiDou Navigation Satellite System (China) und Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema(GLONASS) (Russland).

EGNOS trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der GPS-Informationen zu verbessern, indem es Daten über die Integrität der Signale liefert und die Signalmessfehler korrigiert. Nun, die tatsächliche Leistung wird anhand von vier Hauptkriterien bewertet:

Genauigkeit: Es ist der Unterschied zwischen der gemessenen Geschwindigkeit, Zeit oder Position und der tatsächlichen Geschwindigkeit, Zeit oder Position.
Kontinuität: Sie gibt an, ob ein System ohne Unterbrechung funktioniert.
Integrität: Integrität ist in diesem Zusammenhang die Fähigkeit eines Systems, ein gewisses Maß an Vertrauen in die Positionsdaten und den Alarm zu bieten.
Verfügbarkeit: Der Prozentsatz der Zeit, die ein Signal benötigt, um die Kriterien für Genauigkeit, Kontinuität und Integrität zu erfüllen, ist in diesem Zusammenhang “Verfügbarkeit”.

Die GNSS-Technologie benötigt mindestens vier Satelliten, um Ihren Standort durch komplizierte Trilaterationsberechnungen zu ermitteln. Heutzutage definieren drei Segmente die Satelliten im Weltraum.

Diese werden als wichtige Bestandteile der GNSS-Technologie angesehen:

DasWeltraumsegment: Das Raumsegment definiert die Konstellationen, die zwischen 20.000 und 37.000 km über der Erdoberfläche kreisen.
Kontrollsegment: Das Kontrollsegment ist das Netzwerk von Datenhochladestationen, Überwachungsstationen und Hauptkontrollstationen, die sich rund um den Globus befinden.
Benutzersegment: Das Nutzersegment beschreibt die Geräte, die Signale von den Satelliten empfangen und eine Position basierend auf der Orbitalposition der Satelliten und der Zeit ausgeben.

Was ist GPS?

Das Global Positioning System (GPS) ist ein Funknavigationssystem, das in der Luft, zu Lande und zu Wasser eingesetzt wird, um unabhängig von den Wetterbedingungen die genaue Position, Geschwindigkeit, Zeit und mehr zu bestimmen.

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

GPS ist Eigentum der US-Regierung und wird von der US Space Force betrieben. Von GPS profitieren nicht nur Militärs, sondern auch kommerzielle oder zivile Nutzer weltweit. Obwohl die USA das GPS entwickelt haben und kontrollieren, ist es für jeden zugänglich, der einen GPS-Empfänger besitzt.

GPS ist eine Art GNSS-Technologie, die Zeit- und Geolokalisierungsdaten an den GPS-Empfänger liefert. Es erfordert keinen Benutzer, um die Daten zu übertragen, sondern funktioniert flexibel auf jedem Gerät mit einer guten Internetverbindung.

In der Technologie hat die Entwicklung neuer Konzepte für alle oberste Priorität. So führen die technologischen Anforderungen an das bestehende System zu einer Modernisierung des GPS. Es implementiert das Betriebskontrollsystem der nächsten Generation und GPS-Block IIIA-Satelliten.

GPS besteht aus drei Teilen – Satelliten, Empfängern und Bodenstationen. Schauen wir uns die Funktionen der einzelnen Teile an:

Satelliten: Sie verhalten sich wie Sterne in den Sternbildern und senden Signale aus.
Bodenstationen: Sie verwenden das Radar, um sicherzustellen, dass sich die Satelliten in der Position befinden, in der wir sie vermuten.
Empfangsgerät: Das ist ein Gerät, das Sie in Ihrem Telefon, Auto usw. finden und das unweigerlich nach Signalen von Satelliten sucht. Außerdem bestimmt es, wie weit Sie von dem Ort entfernt sind, über den Sie etwas wissen möchten.

GNSS vs. GPS: Arbeiten

Wie funktioniert GNSS?

GNSS unterscheidet sich in Design und Alter, aber die Funktionsweise ist die gleiche. Der Satellit sendet zwei Wellen im L-Band aus, d.h. L1 und L2. Diese Trägerwellen übertragen Daten vom Satelliten zur Erde.

GNSS-Empfänger bestehen aus zwei Teilen – einer Antenne und einer Verarbeitungseinheit. Das Funktionsprinzip der beiden Einheiten ist einfach. Die Antenne empfängt Signale von den Satelliten, während die Verarbeitungseinheit die Signale auswertet. Es werden mindestens vier Satelliten benötigt, um genaue Informationen zur Bestimmung der Position zu sammeln.

GNSS-Satelliten umkreisen die Erde alle 11 Stunden, 58 Minuten und 2 Sekunden. Jeder Satellit ist in der Lage, kodierte Signale zu senden, die einen stabilen Zeitstempel und Angaben zur Umlaufbahn enthalten. Die Signale enthalten Informationen, die ein Empfänger benötigt, um die Positionen der Satelliten zu berechnen und für eine genaue Positionierung entsprechend anzupassen.

Der Empfänger berechnet die Zeitdifferenz zwischen dem Empfangszeitpunkt des Signals und dem Sendezeitpunkt, um die genaue Entfernung zu ermitteln. Er gibt die Ergebnisse in Form von Höhe, Längen- und Breitengrad an.

Wie funktioniert GPS?

GPS arbeitet mit einer Trilaterationsmethode, die Signale von Satelliten sammelt, um dem Benutzer Standortinformationen zu liefern. Satelliten, die die Erde umkreisen, senden Signale, die von dem GPS-lesbaren Gerät, das sich in der Nähe oder auf der Erdoberfläche befindet, gelesen und interpretiert werden.

Das GPS-Gerät muss die Signale von mindestens vier Satelliten lesen, um eine genaue Position zu ermitteln. Jeder Satellit umkreist die Erde zweimal täglich und sendet ein eindeutiges Signal, die Uhrzeit und die Orbitalparameter.

Da ein GPS-Gerät Informationen über die Entfernung zum Satelliten liefert, ist ein einzelner Satellit nicht in der Lage, einen genauen Standort zu bestimmen.

Wie die GNSS-Konstellationen besteht auch GPS aus drei Segmenten: Weltraum, Kontrolle und Benutzer.

Raumsegment: Das Weltraumsegment besteht aus 30 Satelliten in der Umlaufbahn, die von der US Space Force betrieben werden. Diese Satelliten können Funksignale aussenden, um Stationen auf der Erde zu überwachen und zu steuern.
Kontrollsegment: Das GPS-Kontrollsegment umfasst ein Backup, mehrere Überwachungsstationen, spezielle Bodenantennen und eine weltweite Hauptkontrolle. Damit wird sichergestellt, dass die GPS-Satelliten gut funktionieren und sich in der richtigen Position im Orbit befinden.
Nutzersegment: Das Nutzersegment bezieht sich auf alle, die sich auf GPS-Satelliten zur Messung von Position, Navigation und Zeit verlassen.

GNSS vs. GPS: Vorteile und Beschränkungen

Vorteile von GNSS

Nun kennen wir den Begriff GNSS, der drei oder mehr Satelliten aus verschiedenen Ländern umfasst, um Sie mit korrekten und genauen Informationen zu versorgen. Hier sind einige der Vorteile von GNSS:

Alle globalen Navigationssysteme sind jederzeit verfügbar. Wenn eines aufgrund der atmosphärischen Bedingungen nicht funktioniert, hilft ein anderes auf die gleiche Weise. Daher bietet GNSS den Empfängern mehr Verfügbarkeit und Zugang zu den Signalen.
Sie erhalten genaue Zeitdaten, die für die Entwicklung eines hochpräzisen IoT-Netzwerks verwendet werden.
Da es sich um eine Satellitenkonstellation handelt, wird die Navigationslösung verbessert und die TTFF, d.h. die Zeit bis zum ersten Fix, erhöht.
Es spart Geld und Zeit, indem es Ihrem Gerät eine genaue Positionsbestimmung ermöglicht.
Sie erhalten ununterbrochene Konnektivität an jedem Ort, z. B. in ausgedehnten Wäldern, Höhlen, dicht besiedelten Orten usw.
GNSS-Empfänger entfernen den ausgefallenen Satelliten automatisch aus der Navigationsliste, um Ihnen die beste Lösung zu bieten.

Beschränkungen von GNSS

Im Folgenden finden Sie einige Einschränkungen von GNSS:

Jedes Mal, wenn Sie GNSS-Systeme zur Unterstützung von Präzisionsanflügen verwenden, sind erweiterte Systeme erforderlich.
Die vertikale Genauigkeit beträgt mehr als 10 Meter.
Erweiterte Systeme werden eingesetzt, um die Anforderungen an Verfügbarkeit, Genauigkeit, Kontinuität und Integrität zu erfüllen.
Dies betrifft Flugzeugbetreiber, Piloten, Flugsicherungsdienste, Aufsichtspersonal usw.
Die Sicherheit der Navigation hängt von der Genauigkeit der Datenbanken ab.

Vorteile von GPS

Es ist einfach zu benutzen
Niedrige Kosten
100%ige Abdeckung der Erde
Dank der Genauigkeit können Sie Treibstoff sparen
Sie können die GPS-Technologie nutzen, um Hotels, Tankstellen, Geschäfte usw. in der Nähe zu finden.
Es ist einfach in Ihre Geräte zu integrieren
Es bietet Ihnen ein solides Tracking-System

Einschränkungen von GPS

Der GPS-Chip verbraucht die gesamte Batterie Ihres Geräts.
Er durchdringt keine festen Wände. Das bedeutet, dass Sie die Technologie nicht in Innenräumen oder unter Wasser verwenden können.
Die Genauigkeit hängt von der Signalqualität des Satelliten ab.
Die Position variiert, wenn die Anzahl der Satelliten begrenzt ist.
Bei geomagnetischen Stürmen oder anderen atmosphärischen Bedingungen können Sie nicht auf den Standort zugreifen.
Das Vermessungsgerät benötigt eine klare Sicht zum Himmel, um Signale zu empfangen.
Manchmal zeigt Ihnen die Ungenauigkeit einen anderen, ungültigen Weg oder Standort.

GNSS vs. GPS: Anwendungen

Anwendungen von GNSS

Die GNSS-Technologie wurde erstmals im 20. Jahrhundert zur Unterstützung des Militärs entwickelt. Mit der Zeit fand die Technologie ihren Weg in viele Anwendungen:

Bei der Herstellung von Autos werden GNSS-Systeme eingesetzt, die bewegliche Karten, Standort, Richtung, Geschwindigkeit, Restaurants in der Nähe und vieles mehr anzeigen.
Flugnavigationssysteme verwenden eine bewegliche Kartenanzeige. Sie ist auch mit dem Autopiloten für die Routennavigation verbunden.
Schiffe und Boote nutzen GNSS zur Ortung von Ozeanen, Meeren und Seen. Es wird auch in Booten für die Selbststeuerung verwendet.
Schweres Gerät, das im Baugewerbe, in der Präzisionslandwirtschaft, im Bergbau usw. eingesetzt wird, nutzt die GNSS-Technologie zur Steuerung der Maschinen.
Radfahrer nutzen GNSS bei Touren und Rennen.
Bergsteiger, normale Fußgänger und Wanderer nutzen diese Technologie, um ihre Position zu bestimmen.
Die GNSS-Technologie ist auch für Sehbehinderte verfügbar.
Raumfahrzeuge nutzen diese Technologie als Navigationsinstrument.

Anwendungen von GPS

GPS hat viele Anwendungen auf der ganzen Welt. Lassen Sie uns einige von ihnen kennenlernen.

Die Luftfahrtindustrie nutzt GPS, um den Passagieren und Piloten die Position des Flugzeugs in Echtzeit mitzuteilen.
Die Schifffahrtsindustrie stellt Bootskapitänen genaue Navigationsanwendungen zur Verfügung.
Landwirte verwenden GPS-Empfänger in ihren landwirtschaftlichen Geräten.
Vermessung
Militär
Finanzdienstleistungen
Telekommunikation
Lenkung schwerer Fahrzeuge
Soziale Aktivitäten
Lokalisierung von Positionen
Orte in der Nähe
Suche nach Schätzen
Solo-Reisen

Und so weiter.

GNSS vs. GPS: Unterschiede

Wir alle kennen GPS als das Werkzeug, das uns hilft, jeden Ort, jedes Restaurant, jede Adresse und vieles mehr zu finden. Sie können sogar Ihren derzeitigen oder aktuellen Standort mit anderen teilen. Über GPS können wir auf Standorte zugreifen, aber wenn das Signal gestört wird, können Sie nicht auf den Standort oder die Informationen zugreifen.

GNSS ist ein Begriff mit ähnlichen Funktionen wie GPS, aber mit einem flexibleren und zuverlässigeren Zugang zu den Standorten auch bei Störungen. Es umfasst GPS, Baidu, Galileo, GLONASS und andere Konstellationssysteme. Deshalb wird es auch als Internationales Multi-Konstellations-Satellitensystem bezeichnet. Man kann sagen, dass GNSS mehrere GPS-Satelliten aus verschiedenen Ländern verwendet, um den genauen Standort zu bestimmen.

Lassen Sie uns die Hauptunterschiede zwischen den Technologien anhand einiger Aspekte näher beleuchten.

Kriterien	GNSS	GPS
Orbitalhöhe	Hier wird die Höhe der Umlaufbahn verschiedener Satelliten zusammengefasst, z.B. 19.100 km für GLONASS und 20.200 km für GPS.	GPS-Satelliten fliegen weit über der Erdoberfläche in einer Höhe von 20.200 km oder 10.900 nautischen Meilen mit einer Periode von 12 Stunden
Präzision	Es liefert genauere Informationen. Das Ergebnis erhalten Sie mit einer Genauigkeit auf Zentimeter- oder Millimeterebene.	Es liefert weniger präzise Informationen, da es aufgrund von atmosphärischen Bedingungen, Signalblockaden usw. schwanken kann. Die Genauigkeit liegt bei 4,9 m bis 16 Fuß.
Herkunftsland	Zu den GNSS-Systemen gehören GPS aus den USA, GLONASS aus Russland, Galileo aus Europa und BeiDou aus China	Es handelt sich um 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 in der Umlaufbahn
Zeitraum	Die Periode der verschiedenen 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	Er fliegt in kreisförmigen Bahnen mit einer Periode von 12 Stunden oder zweimal am Tag
Status	Der Status der einzelnen Navigationssysteme ist unterschiedlich, z.B. ist GLONASS betriebsbereit, BeiDou hat 22 Betriebssatelliten und mehr.	Der Status von GPS ist betriebsbereit
Signal	Der Leistungspegel von GNSS beträgt 125 dBm und unterscheidet sich je nach den Satelliten der verschiedenen Länder.	Die Signalstärke liegt konstant bei 125 dBm.

GNSS liefert genauere Daten, da es die eingehenden Informationen von verschiedenen Satelliten aus verschiedenen Ländern kombiniert. GPS hingegen ist der spezifische Datenanbieter, der von der US-Regierung kontrolliert und gewartet wird.

Fazit

GPS ist eine Art von GNSS und war das erste globale Satellitennavigationssystem. Im Allgemeinen wird GPS oft zur Beschreibung eines Satellitennavigationssystems verwendet. Beide sind in ihrer Funktionsweise identisch, unterscheiden sich aber in ihrer Arbeitsweise.

GNSS und GPS werden in vielen Bereichen eingesetzt, in denen Sie präzise und kontinuierlich verfügbare Zeit- und Positionsinformationen benötigen, z.B. im Transportwesen, in der Schiffsnavigation, in der mobilen Kommunikation, in der Landwirtschaft, in der Leichtathletik und in vielen anderen Bereichen.