Navigation West: Navstar GPS Mystery Cache

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witkiewicz: Der Waldbesitzer, mutmaßlich Jäger, untersagt den Zutritt zu seinen Ländereien. Vielen Dank für die schönen Logeinträge.
Gruß witkiewicz

Satellite:
https://www.youtube.com/watch?v=8QSgNM9yNjo

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Hidden : 4/4/2016
Difficulty:
3.5 out of 5
Terrain:
2 out of 5

Size: Size: small (small)

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Geocache Description:

Die Geocache Serie "Navigation" macht das zentrale Thema von Geocaching einmal zur Hauptsache. An den Startkoordinaten ist nichts versteckt.


NavigationO


Navstar GPS ist eine militärische Entwicklung, wie so oft im Bereich der Navigation. Navstar GPS steht für "Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System". Präzise Positionsbestimmung überall auf der Erde ist natürlich ein großer militärischer Nutzen, zum Beispiel bei der Fernlenkung von Waffensystemen. Zwei Ansätze führten schließlich zur Entwicklung von GPS. Das Projekt 621B der Air Force und Timation der Navy. Beides waren Forschungsansätze zur Entwicklung eines globalen Navigationssystems über Satelliten. 1973 wurde das eigentliche GPS-Projekt begründet.
Kernpunkte des GPS Systems sind ein Netzwerk von Satelliten, Atomuhren und eine Signalstruktur für die Funkübertragung. Alles dies musste zunächst entwickelt und technisch umgesetzt werden. Die Navigation über das GPS System wird ermöglicht durch die Laufzeitbestimmung der Funksignale von den Satelliten. Da die Position der Satelliten dem Empfänger bekannt ist kann die Entfernung von mehreren Satelliten bestimmt werden und dadurch eine Position. Vier Satelliten sind mindestens für eine dreidimensionale Positionsbestimmung erforderlich. Es gibt verschiedene Fehlerquellen wobei insbesondere die Gangungenauigkeit der Empfängeruhr ins Gewicht fällt. Diese Fehlerquellen werden so weit wie möglich herausgerechnet.
Militärische Geräte können Funksignale empfangen die eine höhere Genauigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Störsignalen ermöglichen. Das zivile Signal unterlag zeitweise einer künstlichen Verschlechterung, der Selective Availability. Da zivile Geräte natürlich auch von feindlichen Streitmächten genutzt werden konnten sollte die hohe Genauigkeit nur den eigenen militärischen Geräten vorbehalten sein. Die zunehmende kommerzielle Nutzung von GPS führte schließlich zur Abschaltung der Selektive Availability, ein Schritt der mit der Platzierung des ersten "Geocaches" gefeiert wurde. Die Genauigkeit des Systems beträgt wie wir immer wieder erfahren können unter günstigen Umständen wenige Meter.
Das Netzwerk von Satelliten dient auch der Erfassung von Atomexplosionen. Eine flächendeckende Bereitstellung der Satelliten wurde 1993 erreicht, 1995 wurde das System für funktionsbereit erklärt. 24 Satelliten sind für die volle Konstellation notwendig.


Logo

Das offizielle Logo des Navstar-GPS Systems


Doch nun zum Cache. Da alle GPS-Satelliten auf derselben Frequenz senden ist es notwendig, dass unterschiedliche Codes verwendet werden um die Signale zu unterscheiden. Dies wird verwirklicht durch die Nutzung von Pseudo-Zufallsrauschen (Pseudo random noise, PRN). Für das GPS System werden sogenannte Gold-Folgen verwendet, benannt nach Robert Gold.
Es handelt sich um scheinbar zufällige, aber nach einem genau definierten System erzeugte Binärfolgen. Da die unterschiedlichen Codes zueinander sehr verschieden sind können sie selbst beim schwachen GPS-Signal gut voneinander unterschieden werden. Es handelt sich um eine Binärfolge, die mit zwei 10 Bit breiten Schieberegistern erzeugt wird. Diese vereinfachte Darstellung zeigt das Prinzip der Erzeugung des zivilen Signals (C/A-Code) am Beispiel von PRN 35:

Generator

Das Register G1 verknüpft den Inhalt der dritten und zehnten Zelle in einer Exklusiv-Oder Funktion und füllt die erste Stelle mit dem Ergebnis auf. Die restlichen Bits rücken eine Stelle nach rechts auf. Das Register G2 verknüpft den Inhalt der zweiten, dritten, sechsten, achten, neunten und zehnten Stelle in einer Exklusiv-Oder Funktion und füllt die erste Stelle mit dem Ergebnis auf. Die restlichen Bits rücken eine Stelle nach rechts auf. Die Zellen von Register G2 können variabel untereinander in einer Exklusiv-Oder Funktion verknüpft werden, beim PRN 35 Signal sind das die Zellen eins und sieben. Das Ergebnis wird wiederum mit der zehnten Stelle von Register G1 in einer Exklusiv-Oder Funktion verknüpft und liefert so die Gold Folge. Nach genau 1023 Bits (beim GPS-System als Chips bezeichnet) wiederholt sich das Muster.
Die Übertragung einer Abfolge dauert genau eine tausendstel Sekunde. Zu Beginn sind die Register mit Einsen gefüllt. Die Erzeugung von Signal PRN 36 erfolgt nach demselben Schema, allerdings werden dabei die Zellen zwei und acht von Register G2 bei der variablen Verknüpfung genutzt.

Um eine genaue Messung durchzuführen werden in den Satelliten und im GPS-Empfänger zeitlich synchronisiert diese Codes erzeugt. Aus der Verschiebung des empfangenen Signals im Vergleich zum Empfängersignal wird die zeitliche Verzögerung bestimmt. Da sich Funksignale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann somit die die Entfernung zum Satelliten bestimmt werden. Du brauchst also nur einmal das zu tun was sonst dein GPS Empfänger mit solch beeindruckender Leichtigkeit für dich erledigt.
Ich habe für diesen Cache GPS-Sender mit der Kennung PRN 35 und 36 am Wilseder Berg und am Höhbeck aufgestellt. Die verwendeten Koordinaten sind als Referenzpunkte angegeben. Zum Zeitpunkt der Positionsbestimmung beginnt dein Empfänger zufällig gerade mit der Erzeugung einer neuen PRN-Folge. In den empfangenen Signalen ist dieser Zeitpunkt mit der blauen Linie markiert. Natürlich würden zwei Sender normalerweise nicht für eine eindeutige Lösung ausreichen. Da es sich hier aber um ein Ergebnis auf der Erdoberfläche in der Nähe von Lüneburg handelt kannst du die unwahrscheinlichen Lösungen ausschließen.

PRN35


PRN36



Deine Lösung kannst du auf Geocheck überprüfen:

Additional Hints (No hints available.)



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