C-UAS Counter Drone Equipment since 2014

GPS, Differential GPS und RTK für Drohnen

Drohnen sind auf eine genaue Positionsbestimmung im Raum angewiesen.

Wie funktioniert GPS, Differential GPS oder RTK bei Drohnen?

File:GPS-24 satellite.png

GPS

Es gibt mehrere aktive Satellitennavigationssysteme, genannt GNSS (Global Navigation Satellite System), die zivil genutzt werden können. Das bekannteste ist GPS (USA), daneben gibt es GLONASS (Russland), Baidou (China) und Gallileo (Europa, noch nicht aktiv). Wir beschränken uns auf GPS: Zurzeit kreisen 24 GPS Satelliten in einem Orbit von ca. 20’000 km um die Erde und senden ein von einer Atomuhr getaktetes Signal aus. Der GPS-Empfänger auf der Drohne empfängt dieses Signal und berechnet über dessen Reisedauer den Abstand zum Satelliten. Kann der GPS-Empfänger die Entfernung zu mindestens vier Satelliten berechnen, bestimmt er über Triangulation seine eigene Position. Die Ionosphäre bremst das Satellitensignal aber unvorhersehbar stark ab, so dass der tatsächliche Abstand zum Satelliten nicht immer korrekt bestimmt werden kann und so die berechnete Position um 5 m bis 10 m daneben liegt. Für die Steuerung von Drohnen ist dieses unkorrigierte GPS-Signal ungeeignet, da die Abweichungen zu gross sind.

Differentielles GPS

Aktuelle GPS-Empfänger berücksichtigen zusätzlich die Signale von geostationären Satelliten, sogenannten SBAS-Diensten, die Referenz- und Korrekturwerte für die Abweichungen in der Inonosphäre liefern. Mit diesen Korrekturwerten kann der GPS-Empfänger seine Position auf etwa +/-1 m genau bestimmen. Für viele Drohnen-Anwendungen ist +/- 1 m ausreichend.

RTK GPS

Real Time Kinematic GPS liefert die genauesten Positionsangaben. Eine oder mehrere Basisstationen im Umkreis von bis zu 10 km zum GPS-Empfänger kennen ihre eigene Position cm-genau und liefern den aktuellen Korrekturwert per Funk oder GSM an den GPS-Empfänger. Dieser bestimmt die eigene Position mit Hilfe von mindestens vier Satelliten und korrigiert diese Position in Echtzeit mit dem erhaltenen Korrekturwert der Basisstation. Es werden so Positionsgenauigkeiten von 1 bis 2 cm erreicht. RTK Navigation liefert zusätzlich die genaue Ausrichtung und Höhe der Drohne, und macht so Kompass und Höhenmesser obsolet.

Nutzen

Für Drohnen ist differentielles GPS Standard. Das hochgenaue RTK-GPS wird vorwiegend für Vermessungsaufgaben verwendet. RTK ist zudem Vorteilhaft bei voraussehbaren elektromagnetischen Interferenzen die den Kompass stören, z.B. bei der Untersuchung von Stromleitungen.