Die weltweit erste Uhr mit integriertem GPS-Satellitennavigations-Empfänger ist jetzt auf dem Markt. Die von Casio entwickelte GPS-Uhr kann parallel bis zu acht Satelliten zur Ortung verwenden Die Navigationsdaten lassen sich in verschiedenen Formen bis hin zur grafischen Aufzeichnung des zurückgelegten Weges darstellen.

Schon vor Jahrtausenden, als Menschen begannen, unbekannte Gebiete zu erschliessen, war die Navigation, das Wissen um Standort, Weg und Ziel eine überlebenswichtige Aufgabe. Zu Lande war es relativ einfach: Markante Geländepunkte konnten als Wegpunkte verwendet werden. Schwieriger wurde es auf offenem Meer. Dort hielten sich die wagemutigen Seefahrer an die einzig vorhandenen Fixpunkte: Sonne, Mond und Sterne. Sie erkannten bald, dass die Gestirne auf immer wiederkehrenden Bahnen über den Himmel zogen. Mit diesem Wissen entwickelten sie die Grundzüge der Astronavigation. 

GPS - die modernste Form der Navigation. Die uralte Idee, Himmelskörper für die Navigation zu nutzen, konnte in den sechziger Jahren dank der Raumfahrttechnik in modernster Form verwirklicht werden. Künstliche Himmelskörper wurden ab 1961 in genau definierte Umlaufbahnen gebracht. Dieses durch das amerikanische Verteidigungsministerium entwickelte und finanzierte Satellitennavigationssystem namens GPS (Global Positioning System) ist seit 1993 voll in Betrieb und auch zivilen Nutzern zugänglich. Zur Zeit umkreisen 27 GPS-Satelliten die Erde auf sechs Umflaufbahnen in rund 20'000 km Höhe. Sie senden kontinuierlich Signale aus, welche von den GPS-Empfängern zur Distanzmessung genutzt werden. Drei Satelliten sind notwendig, um eine zweidimensionale Position zu berechnen. Zur Bestimmung der Höhe benötigt das GPS-Gerät die Entfernungen zu mindestens vier Satelliten. Um die Signale der GPS-Satelliten empfangen zu können, muss eine "Sichtverbindung" zwischen GPS-Uhr und GPS-Satelliten bestehen; in einem Gebäude oder Fahrzeug funktioniert GPS also nicht.

Erstmals ist es gelungen, die relativ komplexe Elektronik eines GPS-Navigators und einer Quarz-Uhr in ein relativ kleines Gehäuse zu integrieren, welches am Handgelenk getragen werden kann. Die GPS-Uhr wiegt allerdings 147 Gramm und sieht an einem zierlichen Arm doch etwas grob aus. Um die Elektronik und Schaltkreise von GPS-Empfänger und Quarz-Uhr abzuschirmen, mussten spezielle, isolierende Folien verwendet werden. Das GPS-Modul besteht aus einem parallel arbeitenden 8-Kanalempfänger, welcher die von den Satelliten gesendeten Signale auf der L-1-Trägerwelle von 1575.42 MHz auswerten kann. Der Benutzer kann die Art und Weise, wie die GPS-Messungen durchgeführt werden, mit Hilfe von vier Modi selbst bestimmen. Entweder lassen sich Einzelmessungen auf Knopfdruck oder kontinuierliche Messungen durchführen. In der Stromsparfunktion wird dabei jeweils jede Minute eine Messung durchgeführt, im kontinuierlichen Modus erfolgt diese jede Sekunde. Je nach Messmodus reicht die CR2-Lithiumbatterie 4 bis 12 Stunden. Die Positionsmessungen können in verschienenen Formen dargestellt und zur Navigation verwendet werden, einmal durch Koordinaten (Länge und Breite in Grad, Minuten und Sekunden), dann aber auch als Richtung, Steuerkurs und Entfernung zum nächsten Wegpunkt einer abgespeicherten Strecke. Bei den Messungen im Sekundentakt wird zudem die Geschwindigkeit angezeigt. Diese Navigationsinformationen werden sowohl numrisch als auch grafisch als Richtungsanzeige in Kompassform oder als Positionspunkte auf einer vereinfachten Karte geplottet.

Um die Navigationsfunktionen der GPS-Uhr voll nutzen zu können, muss die gewünschte Wegstrecke vom Start bis zum Ziel eingegeben werden. Die einzelnen Punkte der Strecke müssen jedoch zuerst in der sogenannten Landmark-Datei definiert und gespeichert werden. Dazu benötigt man, wie bei jeder Eingabe von alpha-numerischen Zeichen ohne entsprechnde Tastatur, etwas Zeit und Erfahrung. 200 Landmarks können so mit Koordinaten und Namen in der Landmark-Datei gespeichert, editiert und wieder gelöscht werden. Die GPS-Uhr wird mit 100 gespeicherten Positionen von bekannten und weniger bekannten Berggipfeln der Erde geliefert. Somit verbleibt eine Speicherkapazität von 100 Landmark-Positionen. Sollten mehr benötigt werden, kann man die herstellerseitig gespeicherten Positionen löschen. Beim Erstellen einer Strecke wählt man aus der Landmark-Datei die verschiedenen Wegpunkte aus, welche den Weg vom Start bis zum Ziel definieren. Eine Strecke kann bis zu neun Wegpunkte enthalten. Die so definierte Route ist die Basis für alle Navigationsfunktionen und -Informationen, sobald man die GPS-Navigation startet.

Bevor man den GPS-Navigationsmodus aktiviert, sollten zuerst einige Grundeinstellungen vorgenommen werden. Diese findet man in der Setup-Datei. So müssen beispielsweise aktuelles Datum und Uhrzeit eingestellt, und das Gebiet, in dem sich der Benutzer der GPS-Uhr befindet, eingegeben werden. Dies hat einen triftigen Grund: Damit der GPS-Empfänger die zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort "sichtbaren" Satelliten finden kann, benutzt er einen sogenannten Almanach, eine Art Satellitenfahrplan, der über die Position der Satelliten Auskunft gibt. Wird nun der GPS-Empfänger erstmals gestartet, kann er noch nicht wissen, wo er sich befindet und von welchem Datum, welcher Uhrzeit er bei der Satellitensuche ausgehen muss. Hat er den Kontakt zu einem ersten Satelliten jedoch hergestellt, empfängt er automatisch den von allen Satelliten übermittelten, aktuellen Almanach und speichert diesen ab. Nach diesem sogenannten Kaltstart fällt es dem Gerät beim nächsten Aktivieren der Satellitensuche, Warmstart genannt, deutlich leichter, die nutzbaren Satelliten zu finden und Positionsberechnungen zu liefern. In der Praxis dauert es beim Warmstart zwischen 15 und 30 Sekunden, bis eine erste GPS-Position erhältlich ist. Auf dem Display erscheint bei der Suche nach nutzbaren Satelliten ein Kreis, welcher den Horizont und das Himmelsgewölbe darstellt. Darin markieren kleine Vierecke alle zur Zeit verfügbaren Satelliten mit ihren Positionen. Sobald der Empfänger mit mindestens drei Satelliten Verbindung aufgenommen hat, verwandeln sich die Vierecke in T-Symbole und die Positionsberechnung erfolgt im vorgewählten Modus. 

Zur Navigation benötigt man mehr als das Wissen um die aktuelle Position. Wie kommt man am schnellsten und einfachsten zum Ziel, ist meist die wichtigste Frage. In der Regel unterteilt man die Gesamtstrecke mittels Wegpunkte in einzelne Abschnitte oder Teilstrecken. Die Kompasskurse, Distanzen und die benötigte Zeit von Wegpunkt zu Wegpunkt sind die notwendigen Basisinformationen der Navigation. Kompasskurse und aktuelle Position sind auf eine geeignete Karte zu übertragen, um den Gesamtüberblick zu gewinnen und die errechnete aktuelle Position durch Vergleich mit der Wirklichkeit überprüfen zu können. Bin ich tatsächlich dort, wo ich gemäss Berechnung sein sollte, ist eine Frage, die man sich doch immer wieder stellen muss, will man unliebsame Ueberraschungen vermeiden. Die GPS-Uhr bietet zur Navigation mit Kartenunterstützung zwei Darstellungsarten an, die Kartenanzeige und die Wegpunkt-Plotanzeige. Um die auf dem Display dargestellte, zurückgelegte Strecke auf eine Karte übertragen zu können, bietet die GPS-Uhr die Möglichkeit, das Verhältnis zwischen horizontalen und vertikalen Begrenzungen des Koordinatengitternetzes, also zwischen den Breiten- und Längenkreisen einer Karte auf dem Display nachzubilden. Hat der GPS-Empfänger erst einmal seine aktuelle Position festgestellt, kann er im Modus Kartenanzeige einen Schnittpunkt des Gitternetzes, in welchem man sich gerade befindet, berechnen. Dieses lässt sich sodann mittels der angegebenen Koordinaten auf der Karte auffinden. Der auf der Wegpunkt-Plotanzeige aufgezeichnete, bereits zurückgelegte Weg zum Zielpunkt und die aktuelle Position können nun relativ leicht auf die Karte übertragen werden. So kann man auf der Karte feststellen, wo man sich zur Zeit befindet. Durch Einbeziehen von markanten Geländepunkten wird dieser Vergleich erleichtert.

Die aktuelle GPS-Position kann mit Datum und Uhrzeit mittels Knopfdruck in der Landmark-Datei gespeichert werden. Ist diese vollständig leer, haben 200 Positionsmessungen darin Platz. Die gespeicherten Positionen können manuell beim Rollen durch den Landmarkspeicher abgerufen werden. Navigiert man auf einer definierten Wegstrecke, wird der zurückgelegte Weg in der sogenannten Spurendatei gespeichert. Der Spurenspeicher kann bis zu 100 Spurenpunkt-Datensätze aufnehmen, wobei jeder durch eine Nummer, die Koordinaten und Datum und Uhrzeit definiert ist.

Fazit: Mit der GPS-Uhr ist es gelungen, einen GPS-Navigator erstmals beinahe auf Handgelenk-Format zu reduzieren. Der 8-Kanal-Satelliten-Empfänger arbeitet schnell und bietet bei optimaler Satellitenkonstellation und gutem Signalempfang die übliche Präzision von rund 30 Metern horizontal. Die Uhr ist robust und für den Outdoor-Einsatz ausgelegt. Die Batterie kann rasch und problemlos selbst ausgetauscht werden.

Quelle:
http://www.sintrade.ch
Hansjürg Moser

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