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Gute Bedingungen (geringe Abschattung)	Schlechte Bedingungen (hohe Abschattung)

Oft wird die Frage gestellt, was man unter einem Kalt- oder Warmstart versteht und wie lange dauert bis die Position per GPS bestimmt ist. Im Folgenden werden grundsätzliche Aussagen zu GPS-Empfang und Positionsbestimmung gemacht. Die Hersteller der GPS-Chips lassen sich jedoch immer mehr Tricks einfallen um die technischen Werte ihrer Produkte zu optimieren. Kurz zusammengefasst: 

Kaltstart

Das Gerät war noch nie in Benutzung, war wochenlang aus, oder wurde seit der letzten Ortsbestimmung weit transportiert. Der GPS-Empfänger weiß nun nicht, was für eine Satelliten-Konstellation er zu erwarten hat. Die Flugbahnen der GPS-Satelliten (Ephemeriden) sind ihm unbekannt.  Kurz: Es liegt ein Kaltstart vor.

Laut Handbuch des Garmin GPS 55 von 1992 betrug dessen typische Kaltstart-Zeit weit weniger als die oft zitierten 12,5 Minuten (Quelle: Handbuch GPS 55):

• ca. 2 min für den 2D-Empfang (3 Satelliten ausgewertet, ungenau, Höhenermittlung unmöglich)
• ca. 2,5 min für den 3D-Empfang (4+ Satelliten ausgewertet, Höhenermittlung möglich)
• 15s bei Warmstart (aktuelle Ephemeriden sind bekannt)

Dawntech Mini 3L auf Nikon D90 (2010) und Garmin GPS 55 (1992) im Größenvergleich

Aus heutiger Sicht war die Empfangsleistung und Empfindlichkeit des GPS 55 trotz riesiger Antenne übrigens sehr schwach. Darum wurden die "typischen" Startzeiten unserer Erfahrung nach selten erreicht. Also wirklich nur bei freiem Horizont aber zum Beispiel nicht in Bebauten gebieten. Nun ja, das GPS 55 richtete sich vornehmlich an Piloten. Und in der Luft oder auf Flugplätzen sind Hindernisse eher selten.

Die früher auch von uns zitierte und überall im Internet kursierende Annahme, dass theoretisch eine komplette GPS-Signalsequenz benötigt wird, um einen GPS-Fix zu erhalten, ist nach unserer Ansicht ein Missverständnis, das durch das häufige zitieren populärer aber nicht Richtiger wurde (siehe Zitierzirkel).Die 12,5 Minuten Dauerempfang sind wichtig um die alle aktuellen Bahndaten zu erhalten und somit einen Warmstart zu erleichtern.

Die Länge einer vollständigen GPS-Signal-Sequenz beträgt tatsächlich 12,5 Minuten. Die ersten GPS-Empfänger brauchten auch wirklich oft so lange um zu starten! Aber wohl eher aufgrund der schwachen Empfangsleistung und geringen Rechenkapazität der GPS-Chips. Diese Schwächen gepaart mit einer ungünstigen Empfangssituation erweckten aus unserer Ansicht den Eindruck man benötige oft die vollen 12,5 Minuten.

Keine Sorge! Moderne GPS-Chips beherrschen Tricks um die Zeiten wesentlich zu verkürzen.
Schon der Ein moderner SiRF II-Chip rechnet mit zigtausend so genannten Korellatoren um den Vorgang zu beschleunigen. Unserer Erfahrung nach liegen bei Solmeta und Dawntech die Kaltstart-Zeiten in der Regel wirklich unter 1-2 Minuten. Dabei spielt natürlich eine große Rolle wie gut der momentane Empfang ist. Aus den Datenschnippseln die in einer tiefen Häuserschlucht ankommen, lässt sich nun mal schwerer ein ganzes Bild machen. Sobald der GPS-Empfänger seine Position sicher bestimmt hat legt er so genannte Almanach-Daten der Satelliten an. So sieht er die Satellitenbahnen etwas voraus. Um den Almanach zu füllen braucht es allerdings eine gewisse Zeit mit GPS-Empfang.  Diese Daten helfen dem GPS-Empfänger dann beim: 

Warmstart

Wenn mehr als etwa 2 - 6 Stunden seit dem letzten Empfang der Almanach-Daten der momentan sichtbaren Satelliten vergangen sind, dann sind die "Bahndaten" (Ephemeriden) im GPS-Chip veraltet. Das Aktualisieren der Ephemeriden-Daten dauert circa 45 Sekunden. Die Zeit eines typischen Warmstarts. Je mehr Satelliten seit der letzten Ortsbestimmung aus der Sicht des Empfängers gewandert bzw. neue Satelliten Empfangen werden, desto länger dauert der Warmstart.

Heissstart (Hot Start)

Position und genaue GPS-Zeit sind dem GPS schon bekannt. Die Almanach-Daten und die Ephemeriden-Daten sind aktuell. Die Positionsbestimmung dauert unter 15 Sekunden.  Dies kann klappen, wenn seit der letzten Ortsbestimmung  keine große Strecke zurückgelegt wurde und nicht mehr als 6 Stunden vergangen sind. Keine Quarzuhr ist genau genug um auf Dauer die GPS-Zeit zu halten!

Wiedererfassung

Hat man nur kurz das Satelliten-Signal verloren, dauert die neuerliche Ortsbestimmung nur wenige Sekunden. Dies ist zum Beispiel beim Durchfahren eines Tunnels der Fall.

Falsche Herstellerangaben?

Wer jetzt auf die Idee kommt mit der Stoppuhr die von den Herstellern angegeben Zeiten zu überprüfen wird vielleicht überrascht werden. Zum Einen gehen die Hersteller von einer optimalen Sichtbarkeit der GPS-Satelliten aus. Schon ein Deich im flachen Norddeutschland kann jedoch erhebliche Teile des Horizonts abschatten. Zum Zweiten handelt es sich um Durchschnittswerte! Mehr dazu weiter unten ...

Warum dauert das so lange?    "Löcher" im Empfang?

Die Startzeiten gehen wie gesagt von optimalem Satellitenempfang aus. Kommt man zum Beispiel aus einem Tunnel, dann verdeckt der Berg hinter einem typischerweise weite Teile des Horizonts. Zudem sind die Zugbahnen der Satelliten sind nicht gleich verteilt. Unter Umständen stehen gerade alle der theoretisch sichtbaren Satelliten hinterm Berg, hinterm Haus oder einem Wald.

Tipp: Halten Sie beim initialisieren Abstand von allem was den Horizont verdeckt. Oder eröffnen Sie mit einem Gang um die Häuserecke neue Horizonte!

Vermesser setzen heute teilweise hochpräzise GPS-Empfänger ein und haben den Anspruch millimetergenau den Standort zu bestimmen. Da reicht der Empfang von vier Satelliten nicht aus. Darum ermittelt der Geodät mit spezieller Planungssoftware (z. B. Trimble Office Planning) günstige und ungünstige Satelliten-Konstellationen für einen bestimmte Ort zu einer bestimmten Zeit. Im Notfall bleibt er zu hause oder macht Kaffeepause!

Keine Sorge! Das heißt nicht, dass für Sie keine Positionsbestimmung möglich wäre. Präzise Vermessung benötigt eben optimale Verhältnisse. Vielmehr geht es darum zu verstehen, dass GPS-Empfang ständig variiert.
"Messlöcher" im Bereich von Minuten bis zu einer Viertelstunde sind übrigens recht häufig. Man bemerkt Sie meist kaum. Doch auch längere Phasen sind möglich. Die Abbildung zeigt eine Abfrage der Satelliten-Sichtbarkeit in München am 15.03.2009. Deutlich ist das "Loch" zwischen 12:00 und 14:30 zu erkennen. Zwischen 17:00 und 18:00 Uhr dagegen ist der beste GPS-Empfang möglich.

"Hoppla, jetzt ging es schneller als theoretisch möglich!"

Auch das kann einem beim Nachmessen mit der Stoppuhr passieren. Das liegt an den Eingangs erwähnten Tricks der GPS-Chip-Hersteller. Die von Dawntech und Solmeta verbauten SiRFstar-III-Chips vergleichen mit 200.000 Korrelatoren alle Satelliten-Frequenzen und -Bitmuster gleichzeitig ab. Und tricksen so die Zeiten aus, die zum theoretischen Empfang der kompletten benötigten GPS-Nachricht nötig wären.

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Wie genau ist eingentlich GPS?