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10.2 Funkempfang (Antennen)
10.2.1 Referenz-Zeitquellen
10.2.1.1 Meinberg GPS Empf¨ a nger
Unsere Satelliten-Funkuhr wurde mit dem Ziel entwickelt, dem Anwender eine hochgenaue Zeit- und Frequen-
zreferenz zu liefern. Hohe Genauigkeit und die Möglichkeit des weltweiten Einsatzes, 24 Stunden am Tag,
sind die Hauptmerkmale dieses Systems, das seine Zeitinformationen von den Satelliten des Global Position-
ing System erhält. Das Global Positioning System (GPS) ist ein satellitengestütztes System zur Funkortung,
Navigation und Zeitübertragung.
Dieses System wurde vom United States Department of Defense (Verteidigungsministeriom) installiert und
bietet zwei Genauigkeitsstufen: den Standard Positioning Service (SPS) und den Precise Positioning Service
(PPS).
Die Struktur der Sendedaten des SPS wurde freigegeben und der Empfang für den allgemeinen Gebrauch
zur Verfügung gestellt, während die Zeit- und Navigationsdaten des noch genaueren PPS verschlüsselt über-
tragen werden und somit nur für bestimmte Benutzer (meist für militärisch Zwecke) zugänglich sind. Das Prinzip
der Orts- und Zeitbestimmung mit Hilfe eines GPS-Empfängers basiert auf einer möglichst genauen Messung
der Signallaufzeit von den einzelnen Satelliten zum Empfänger.
Die GPS-Satelliten umkreisen die Erde auf sechs Orbitalbahnen, in 20.000 km Höhe, einmal in etwa 12 Stunden.
Damit ist sichergestellt, dass zu jeder Zeit mindestens vier Satelliten an jedem Punkt der Erde in Sichtweite
sind. Vier Satelliten müssen gleichzeitig empfangen werden, damit der Empfänger seine räumliche Position (x,
y, z) und die Abweichung seiner Uhr von der GPS-Systemzeit bestimmen kann.
Kontrollstationen auf der Erde messen die Umlaufbahnen der Satelliten und erfassen die Abweichungen der
an Bord mitgeführten „Atomuhren" von der GPS-Systemzeit. Die ermittelten Daten werden an die Satelliten
gesendet und von den Satelliten als Navigationsdaten zur Erde zurückgesendet. Die hochpräzisen Bahndaten
der Satelliten, die sogenannten Ephemeriden, werden benötigt, damit der Empfänger jederzeit die genaue Po-
sition der Satelliten im Weltraum berechnen kann.
Ein Satz von Bahndaten mit reduzierter Genauigkeit wird als Almanach bezeichnet. Mit Hilfe der Almanache
berechnet der Empfänger zu ungefähr bekannter Position und Zeit, welche der Satelliten von seinem Standort
aus sichtbar sind. Jeder der Satelliten sendet seine eigenen Ephemeriden sowie die Almanache aller vorhande-
nen Satelliten. Die GPS-Uhr arbeitet mit dem „Standard Positioning Service". Der Datenstrom der Satelliten
wird vom Mikroprozessor des Systems dekodiert und ausgewertet, so dass die GPS-Systemzeit mit einer Ab-
weichung von weniger als 100 nsec wiedergegeben wird.
Unterschiedliche Laufzeiten der Signale von den Satelliten zum Empfänger werden durch die Bestimmung
der Empfängerposition automatisch kompensiert. Durch die Nachführung des Hauptoszillators wird je nach Os-
zillatortyp eine Frequenzgenauigkeit von 1e-12 erreicht. Gleichzeitig wird die altersbedingte Drift kompensiert.
Der aktuelle Korrekturwert des Oszillators wird in einem nichtflüchtigen Speicher des Systems gespeichert.
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Datum: 11. August 2022
microSync
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