GPS / Fehlerquellen

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Trotz der hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit, sowie der leichten Handhabbarkeit der modernen GPS-Geräte, birgt das System zahlreiche Fehlerquellen. Man kann Fehlerquellen grob in vier Kategorien unterteilen: Anwendungsfehler, Störungen, Systemfehler und Zufallsfehler.

Anwendungsfehler

Anwendungsfehler stellen mit Sicherheit die häufigste Fehlerursache dar. Typische grobe Fehler sind:

  • Falsches Ablesen der Werte
  • Falsches Übertragen der Position
  • Verwendung unterschiedlicher Koordinatensysteme

Diese Fehler lassen sich nur durch besonders sorgfältiges Arbeiten vermeiden. Vor jeden Ablesen oder Übertragen von Positionen sollte man sich vorher sorgfältig überlegen, in was für einer Position man sich mit grösster Wahrscheinlichkeit befinden wird.

Typische Fehler beim Ablesen sind:

  • Vertauschen von Länge und Breite
  • Verwechseln von Nord und Süd, bzw. Ost und West
  • Zahlendreher

Ein typischer Fehler beim Übertragen der Position zusätzlich zu den Fehlern, wie sie schon beim Ablesen auftreten können, ist die Verwechslung von Ost- und West-Längenangabe: Die Distanz zum vollen Längengrad, die man mit dem Zirkel am Kartenrand abnimmt, wird an der Position in die falsche Richtung abgetragen. Bei Karten die auch den Nullmeridian enthalten (z.B. die Übungskarte mit dem Englischen Kanal) ist hier besondere Sorgfalt angebracht, das sich die 'Denkrichtung' auf der Karte ändert. Gleiches gilt natürlich auch für die Breitengrade.

Ein weiterer möglicher Fehler besteht in der Verwendung unterschiedlicher Koordinatensysteme. Ältere deutsche Karten verwenden zum Beispiel das System ED (European Datum), während GPS ausschließlich mit WGS84 (World Geodatic System 1984) arbeitet. Viele Geräte lassen sich zwar auch auf andere Koordinatensysteme umschalten, jedoch zeigen sie das benutzte Koordinatensystem nicht, so dass Irrtümer zwangsläufig werden. Daher niemals das GPS-Gerät auf ein anderes Koordinatensystem umschalten! ED und WGS84 unterscheiden sich nur marginal, so dass hier keine Umrechnung der Koordinaten erfolgen muss. In anderen Systemen kann der Unterschied jedoch bis zu einer Seemeile betragen. Dort muss der abgelesene Wert also manuell von WGS84 in das jeweiligen andere System übertragen werden. Informationen dazu finden sich in der Regel auf der Karte.

Ein wichtiger Punkt, der meist vergessen wird, ist auch die Genauigkeit der Karten. Im allgemeinen kann man sogar davon aus gehen, das die Karten ungenauer sind, als das GPS. Viele Vermessungen stammen noch aus Zeiten, zu denen GPS noch nicht in Betrieb war. Es gibt Karten, die auf über 100 Jahre alten Vermessungen beruhen. Gerade in solchen Gebieten sollte man unbedingt terrestrisch Navigieren, denn beim Segeln ist nicht die absolute Position nach Länge und Breite interessant, sondern die Position des Bootes im Verhältnis zu Land und sonstigen Hindernissen. In der terrestischen Navigation kann man diese Daten auch gewinnen, wenn die Karte nicht genau mit dem Koordinatensystem übereinstimmt. Ein typisches Beispiel kann man bei Kartenplottern sehen, wenn man im Hafen liegt. Häufig - grade bei älteren elektronischen Karten - wird das Boot weit an Land liegend angezeigt, auch den die GPS-Position dank DGPS oder WAAS/EGNOS auf wenige Meter genau sein sollte. Würde man hier ausschliesslich nach GPS navigieren wär das Unglück vorprogrammiert. Während im Hafen der gesunde Menschenverstand noch die Diskrepanz aufzeigt, so dass man nach Sicht navigiert (die einfachste Form der terrestrischen Navigation), ist das auf See in der Nähe von Untiefen leider ein häufig vernachlässigtes Problem. Jede Position sollte immer mit mehreren Navigationstechniken überprüft werden! Eine dieser Techniken sollte wo immer möglich die terrestrische Navigation sein.

Störungen

Die Laufzeiten der Satellitensignale können durch externe Einflüsse gestört werden:

  • Abschattung: Die GPS-Antenne kann durch Schiffsaufbauten oder Bauwerke abgeschattet oder reflektiert werden. Kurzzeitige Ablagen von bis zu 0,5 sm sind möglich
  • Störquellen: In der Nähe von Radiosendern, Flughäfen oder sonstigen Funkanlagen können Störungen auftreten
  • Atmosphärische Störungen: Durch die Atmosphäre können die Signal-Laufzeiten verfälscht werden. Der GPS-Empfänger versucht, die Sateliten zu nutzen, die hoch am Horizont stehen damit die Signalstrecke durch die Atmosphäre so kurz wie möglich ist. Störungen lassen sich trotz allem nicht ausschließen.

Systemfehler

Systemfehler sind Fehler, die in dem komplexen elektronischen System, das GPS bildet, auftreten. Auch wenn das System für militärzwecke entwickelt wurde und daher großer Wert auf die Zuverlässigkeit gelegt wurde, ist es natürlich nicht gegen Fehler und ausfälle gefeit. Während ein Gesamtausfall des Systems recht schnell auffällt, da keine Position angezeigt werden kann, gibt es zahlreiche weitere Fehler, die nicht so eindeutig zu erkennen sind - zum Beispiel Fehler in den Uhren des Systemes. Viele Systemfehler sind ohne weitere Hilfmittel nur zu erkennen, wenn sorgfältig mit gekoppelt wird und die GPS-Positionsdaten kontinuierlich durch andere Navigationsmethoden überprüft werden. Werden solche Fehler bekannt, so werden diese über Navtex und SavetyNet bekannt gegeben.

Typische Systemfehler sind:

  • Ausfall von Satelliten
  • Fehler in den Uhren der Satelliten: Da die Positionsbestimmung die präzise Zeit voraus setzt, können Fehler in den Uhren der Satelliten Fehler bei der Positionsberechnung zur Folge haben.
  • Fehler in der Empfangseinheit: Oft kann es durch Abdeckung der Antenne oder aber durch defekte Kabel zum Ausfall der Empfangseinheit kommen.
  • Fehler in der Empfängeruhr: Auch hier können Zeitfehler zu Fehler in der Position führen.

Während Fehler in der Empfangseinheit durch Dopplung der Geräte kompensiert werden kann, ist man bei Ausfällen der Satelliten darauf angewiesen zu warten, bis der Fehler durch den Betreiber behoben wird. In der Zwischenzeit ist man auf andere Navigationsverfahren angewiesen.

Zufallsfehler

Wie bei jedem elektronischen System besteht immer die Möglichkeit, das kurzzeitig durch Übertragungs- oder Softwarefehler Fehler in der Positionsbestimmung auftreten. Diese Fehler sind am schwierigsten nachzuvollziehen, treten jedoch meist nur sehr kurze Zeit auf. Bei der nächsten Positionsbestimmung sollte der Fehler wieder verschwunden sein. Moderne Geräte bestimmen die Position mehrfach in der Sekunde. Daher sind diese Fehler in den meisten Fällen vernachlässigbar, sofern diese nicht regelmäßig und häufig auftreten.

Beispiele von Fehlfunktionen

http://www.nasa.gov/pdf/148072main_DART_mishap_overview.pdf
Wie man an diesem Report sieht, ist nicht einmal die NASA vor GPS-Fehler sicher. Auch wenn die sicherlich die höchste Genauigkeit zur Verfügung haben dürften, sind sie nicht vor Softwarefehlern gefeit. Wenn man sich klar macht, wie hoch die Sicherheitsbestimmungen und Qualitätsmaßstäbe dort sind, wird man sich über die Fehlerfreiheit von Software für Sportboote sicherlich keine Illusionen mehr machen.