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040_3_2_grundlagen_protokolle_gnss.tex

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 \subsection{GNSS}
-	GNSS ist das Akronym für \textbf{G}lobal \textbf{N}avigation \textbf{S}atellite \textbf{S}ystem. Inzwischen gibt es mehrere dieser Systeme, deren Hauptzweck die Positionsbestimmung auf dem gesamten Globus und auch darüber ist. In der Tabelle \ref{tab:sats} sind diese aufgelistet. Die Positionsbestimmung wird unter anderem für die Navigation in allen Bereichen, zur Vermessung und Zeitmessung verwendet. Ein anderer Anwendungsfall liegt in der Landwirtschaft, mithilfe von Korrekturdaten wird die Positionsbestimmung ausreichend genau, um Traktoren im Feld eine exakt gerade Linie fahren zu lassen, damit der laufende landwirtschaftliche Prozess optimal ausgeführt werden kann.
+	GNSS ist das Akronym für \textbf{G}lobal \textbf{N}avigation \textbf{S}atellite \textbf{S}ystem. Inzwischen gibt es mehrere dieser Systeme, deren Hauptzweck die Positionsbestimmung auf dem gesamten Globus und auch darüber ist. In der Tabelle \ref{tab:sats} sind diese aufgelistet. Die Positionsbestimmung wird unter anderem für die Navigation in allen Bereichen, zur Vermessung und Zeitmessung verwendet.
 
 	\begin{table}[ht]
 		\centering
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 	\subsubsection{Allgemeine Funktionsweise}
 		Bauer \cite[S. 67ff]{Bauer2018} beschreibt, dass mindestens die Sicht auf vier Satelliten gegeben sein muss, um die eigene Position bestimmen zu können. Die Verbindung zwischen den Satelliten und dem Empfänger ist einseitig, deshalb stehen dem GNSS-Empfänger nur die Informationen zur Verfügung, die mit Signal übertragen werden können. Eine dieser Informationen ist die zwingend benötigte Position des Satelliten, welche aus den übermittelten Bahndaten errechnet wird.
 		\par
-		Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommendes Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich dem Intervall einhalten, allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre um kein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden.
+		Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommende Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten, können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich den Intervall einhalten. Allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre um kein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden.
 		\par
 		Die Berechnung einer Position im Raum enthält die drei unbekannten für die X-, Y- und Z-Koordinate in einem kartesischen Koordinatensystem. Hinzu kommt die unbekannte Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\). Daher ergibt sich die Mindestanforderung von vier sichtbaren Satelliten, um für jede der unbekannten Variablen eine Gleichung aufstellen zu können. Bauer gibt folgende \cite[Gleichung 1.24]{Bauer2018} zur Ortsbestimmung an:
 
@@ -57,9 +57,9 @@
 		In der folgenden List werden mögliche Fehlerquellen dargestellt, welche eine Positionsbestimmung behindern können:
 
 		\begin{itemize}
-			\item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der direkte vom Satelliten zu dem Empfänger, der so auch gewünscht ist. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannte werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist.
+			\item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der direkte vom Satelliten zu dem Empfänger, der so auch gewünscht ist. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannt werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist.
 			\item \textbf{Signalbeugung} beschreibt den Empfang eines Signals von einem Satelliten, welcher durch ein Hindernis abgeschattet ist. Das ist möglich, weil ein Signal, welches zum Beispiel auf eine Gebäudekante trifft, abgelenkt (gebeugt) wird. Wenn ein Satellit von dem Empfänger schon beobachtet wird, kann dieser Fehler erkannt werden, weil die Signaldämpfung unvorhergesehen zunimmt.
-			\item \textbf{Aktive Störung} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereich mit mehreren \(10km\) zu stören.
+			\item \textbf{Aktive Störungen} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereich mit mehreren \(10km\) zu stören.
 		\end{itemize}
 
 	\subsubsection{Aufbau}
@@ -73,7 +73,7 @@
 		\end{itemize}
 		\setlist{}
 
-		Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite}
+		Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit dem Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite}
 
 
 		\begin{figure}[ht]