GPS für Anfänger Mystery Cache

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eigengott: Da es hier seit Monaten keinen Cache zu finden gibt, archiviere ich das Listing, damit es nicht mehr auf den Suchlisten auftaucht bzw. neue Caches blockiert.

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Hidden : 1/30/2013
Difficulty:
1 out of 5
Terrain:
1.5 out of 5

Size: Size: micro (micro)

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Geocache Description:


Oh nein, nicht noch ein Fragezeichen in Kirchhellen… Aber keine Angst, hier ist nur ein wenig Recherche nötig. Wo wir zum Geocachen tagtäglich das GPS nutzen bietet es sich doch wunderbar an, da mal einen Wissenscache raus zu machen.
 
Fritz

Das ist Fritz. Fritz geht gerne Geocachen und hat sich nun ein eigenes GPS-gekauft. Er findet es faszinierend, dass er seine Position und vor allem die von kleinen Dosen hier unten auf der Erde so genau bestimmen kann, obwohl die Satelliten doch soooo weit von uns entfernt sind. Deshalb möchte er nun wissen, wie das Ganze funktioniert.
 
GPS steht für „Global Positioning System“, also „Globales Positionierungs System“ und dient dazu, die eigene Position auf der Erde mit Hilfe von Satelliten, die die Erde umkreisen, zu bestimmen.
Die meisten GPS-Empfänger, die wir kennen, beziehen sich auf das amerikanische System NAVSTAR. Ursprünglich wurde es für militärische Zwecke entwickelt, aber seit dem Jahr 2000 ist es auch für die zivile Nutzung freigegeben – unter anderem kann Fritz sich nun von seinem Navi beim Autofahren des Weg erklären lassen und sein liebstes Hobby betreiben: Geocaching.
Es gibt neben dem GPS auch andere Systeme, z.B. GLONASS (Russland), Compass (China) und Galileo (Europa).
 
Und wie kommt Fritz jetzt zur Dose, die er sucht?
 
Es gibt viele Satelliten, die die Erde umkreisen und durchgehend Signale aussenden.

Satellit

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3e/Navstar-2.jpg
 
Die Anordnung der Satelliten ist so gewählt, dass man von jedem Punkt auf der Erde aus jeweils vier Satelliten sehen kann. Warum vier? Das sehen wir später.
 
Satellitenkonstellation

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9c/ConstellationGPS.gif
 
Die Signale, die die Satelliten aussenden, sind mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs, das sind ca. 300.000.000 Meter pro Sekunde!
Wenn im Empfänger ein Signal eingeht, kann er die Entfernung zu dem Satelliten, von dem es ausgesendet wurde, bestimmen. Er berechnet die Entfernung aus der Zeit, die das Signal vom Satelliten aus zum Empfänger gebraucht hat und der Lichtgeschwindigkeit. Und noch etwas weiß der Empfänger: nämlich wo die einzelnen Satelliten sich gerade im All befinden. Diese Information ist im „Almanach“ hinterlegt.
 
In unserem Beispiel ist Fritz 21.000 km von Satellit 1 entfernt. Er steht quasi auf einem Kreis rund um den Satelliten. Der Mittelpunkt dieses Kreises ist der Satellit 1 und der Radius sind 21.000 km (lila). Außerdem ist Fritz 22.000 km von Satellit 2 entfernt. Auch hier stellen wir das als Kreis dar (rot). Beide Kreise schneiden sich in zwei Punkten. Einen sieht man in der Zeichnung, der andere wird in der Zeichnung durch die Erde verdeckt. Auf welchen der beiden Punkte Fritz steht sieht man, wenn man einen Kreis um den dritten Satelliten zieht (orange). Alle drei Kreise schneiden sich in nur einem einzigen Punkt. Das ist die Position von Fritz. Daher heißt das Prinzip „räumlicher Bogenschlag“.

Positionsbestimmung

Und wozu braucht man nun den vierten Satellit?
Diese Art der Positionsbestimmung funktioniert nur, wenn die Zeitmessung ganz genau ist, das heißt wenn alle Uhren exakt aufeinander abgestimmt sind. In den Satelliten befinden sich Atomuhren, die die Zeit auf 10-13 (0,0000000000001!) Sekunden genau bestimmen. Aber es ist natürlich unmöglich eine so genaue Uhr im Empfänger von Fritz einzubauen. Dadurch, dass seine Uhr nicht ganz so genau geht, entsteht ein Uhrenfehler. Die Strecke, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger zurücklegt, wird mit falschen Werten berechnet. Und das ist gar nicht mal so wenig. Wenn die Uhr eine Mikrosekunde (das sind 0,000.001 Sekunden) falsch geht, wird die Strecke um 300 Meter verfälscht!
Nun kommt der vierte Satellit ins Spiel. Dieser wird in die Berechnung mit einbezogen und über ein bestimmtes Rechenverfahren kann der Uhrenfehler bestimmt und aus der Messung herausgefiltert werden.
 
Natürlich gibt es noch viele weitere Dinge, die das Ergebnis beeinflussen. Darum nutzt ein GPS-Empfänger so viele Satelliten wie möglich. Wenn euer GPS-Empfänger einen Horizont hat, dann könnt ihr euch anschauen, wie viele Satelliten er gerade empfängt und wie sie am Himmel verteilt sind. Um die Fehlereinflüsse geht es auch im nächsten Cache.
 
Und weil ihr den Text so aufmerksam gelesen habt, könnt ihr bestimmt die folgenden Fragen beantworten und dürft als Belohnung eine Dose suchen. ;-)
 
A Man sieht mindestens vier Satelliten...
... an den Polen. (5)
... am Äquator. (4)
... an jedem Punkt der Erde. (3)
 
B Das chinesische System heißt…
… Compass. (2)
… GLONASS. (9)
… Galileo. (4)
 
C Die Signale werden mit…
… Schallgeschwindigkeit (6)
… Lichtgeschwindigkeit (1)
… 300.000 km/h (7)
ausgesendet.
 
D Den vierten Satelliten braucht man…
… um herauszufinden, auf welchem der zwei möglichen Punkte man sich befindet. (8)
… um den Uhrenfehler zu bestimmen und ihn herauszufiltern. (9)
… um seine Höhe (über Normalnull) zu bestimmen. (7)
 
E In den Satelliten befinden sich…
… Quarzuhren. (6)
… Atomuhren. (9)
… Uhren, die ca. einmal im Jahr von der Besatzung der ISS aufgezogen werden. (1)
 
F Die Berechnung der Position des Empfängers erfolgt nach dem Prinzip…
… der Orthogonalpunktberechnung. (8)
… der Elimination des größten gemeinsamen Teilers. (3)
… des räumlichen Bogenschlags. (5)
 
Die Dose findet ihr bei N51°35.ABC E006°55.DEF.
 
Notiert euch dort die Zahlen für den Bonus (GC455CH)!

Und ab zum GeoChecker.

Additional Hints (No hints available.)



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