Diskussion:GPS-Zeit

Add / Sub

Die Aussage:

Im Rahmen der mit GPS übertragenen Nutzdaten wird in einem eigenen Datenfeld die aktuelle Differenz der GPS-Zeit zur UTC übertragen. GPS-Empfänger können durch Addition der entsprechenden Anzahl von Schaltsekunden automatisch die UTC-Uhrzeit anzeigen.

ist falsch.

Richtig muss sie lauten:

Im Rahmen der mit GPS übertragenen Nutzdaten wird in einem eigenen Datenfeld die aktuelle Differenz der GPS-Zeit zur UTC übertragen. GPS-Empfänger können durch Subtraktion der entsprechenden Anzahl von Schaltsekunden automatisch die UTC-Uhrzeit anzeigen.

Denn die GPS-Zeit basiert auf Atomzeit, die schneller läuft als die UTC...

-- 153.100.131.14 12:44, 9. Okt. 2008 (CEST)

Konstante Abweichung von der Atomzeit

Welchen Sinn hat die Konstante von 19s? Könnte das jemand in den Artikel einarbeiten (kenn mich mit dem Thema überhaupt nicht aus, bin von der LD hierher gekommen). lg, --Nikolei21 ^tratsch 15:49, 24. Okt. 2009 (CEST)

Die GPS-Zeit ist somit bis auf diese Differenz (ganzzahlige Sekunden) identisch mit der UTC.

Dieser Satz ist doch eigentlich falsch. Müsste es nicht heißen "Die GPS-Zeit ist somit bis auf diese Differenz (ganzzahlige Sekunden) identisch mit der TAI"? (nicht signierter Beitrag von 195.171.36.105 (Diskussion) 10:23, 23. Sep. 2010 (CEST))

Scheint inzwischen erledigt zu sein. Der Satz ist nicht mehr im Artikel zu finden. --Digamma (Diskussion) 19:52, 9. Dez. 2015 (CET)

Beginn

Warum "5. Januar 1980 um 24:00:00" und nicht "6. Januar 00:00:00 Uhr"? --Digamma (Diskussion) 19:47, 9. Dez. 2015 (CET)

Dieser Abschnitt kann archiviert werden. --Digamma (Diskussion) 22:43, 6. Mai 2019 (CEST)

Komponenten und Format

Der Artikel sollte darstellen, welche Teilelemente i.Z. mit der aktuellen Zeit geliefert werden und in exakt welcher Struktur (Format, Länge ...) diese bereitgestellt werden. Lt. Disk in GPS-Woche ist das auf jeden Fall die GPS-Woche und zusätzlich eine Sekundenangabe. Wird auch eine Angabe über erfolgte Schaltsekunden geliefert? Oder über die Anzahl an erfolgten Rollovers? Oder Weiteres (zB TOW)? --VÖRBY (Diskussion) 19:20, 2. Mai 2019 (CEST); präzisiert: --VÖRBY (Diskussion) 19:09, 3. Mai 2019 (CEST)

Die Zahl der Schaltsekunden wird zusätzlich zur GPS-Zeit übertragen, ist aber selbst nicht Bestandteil der GPS-Zeit. Die GPS-Zeit ist zunächst die Uhrzeit der Uhren der GPS-Satelliten. Ich vermute, dass diese die GPS-Wochen ohne Rollover zählen. Der Rollover kommt nur dadurch zustande, dass die GPS-Woche nur mit 10 Bits übertragen wird. --Digamma (Diskussion) 21:20, 2. Mai 2019 (CEST)

Ansonsten Zustimmung. Diese Informationen habe ich auch schon vermisst. Ich habe nur leider keine Quellen dazu. --Digamma (Diskussion) 21:47, 2. Mai 2019 (CEST)

Egal, ob die Schaltsekunden zur 'GPS-Zeit' i.e.S. gehören oder nicht: Ich denke, sie sind ein Aspekt zu 'GPS-Zeit', und alle diese Teile werden wohl irgendwie übertragen, genau dieses WIE sollte hier beschrieben sein.--VÖRBY (Diskussion) 10:00, 3. Mai 2019 (CEST)

Falls die Zeitangaben über unterschiedliche Stufen/Ebenen geliefert/erzeugt werden, sollte man diese Ebenen jeweils getrennt beschreiben - z.B. Von den Satelliten gelieferte Infos (zumindest diese Daten aufzählen), von GPS-Engine erzeugt usw., --VÖRBY (Diskussion) 09:31, 5. Mai 2019 (CEST)

Das Thema ist relativ komplex, ich bin auch nicht sicher, ob ich nicht irgendeinen Aspekt übersehen habe. So, wie ich das verstanden habe, läuft die Übertragung auf mehreren Ebenen ab (Positionsbestimmung mal außen vor gelassen): GPS-Signal aus pseudo-zufälliger Nummer, auf den die Navigation Message aufmoduliert wird. Die Navigation Message beinhaltet (unter anderem):

1. GPS-Woche in 10-bit. Es scheint so, als ist die GPS-Woche eigentlich gar nicht auf 10 bit beschränkt, aber es werden nur die 10 bits mit dem niedrigsten Stellenwert übertragen (least significant).

2. Die Time-of-Week (TOW), also 1,5-Sekunden-Schritte seit Beginn der GPS-Woche. Eigentlich 19 bit lang, ABER da sowieso nur alle 6 Sekunden ein Subframe gesendet wird, kann man auf 4 dieser 1,5-Sekunden-Schritte verzichten, was 2 bit entspricht, sodass hier letztlich nur 17 bit übertragen werden (müssen).

3. UTC-Offset, also die Schaltsekunden seit dem 6. Januar 1980, als GPST (GPS-Zeit) und UTC gleich waren. Sollte 8-bit sein, und damit von -127 bis +128 reichen. Finde aber gerade keine definitive Quelle dazu.

Irgendwie ist der Empfänger noch in der Lage, die Entfernung zum Satelliten bzw. die Laufzeit zu berechnen. Ob das nun aus der zufälligen Zahlenfolge, oder teilweise aus den Positionsdaten in der Navigation Message errechnet wird, konnte ich auf die Schnelle nicht herausfinden. Jedenfalls sind das grob die Informationen, die einem Empfänger zur Verfügung stehen, um die GPS-Zeit GPST zu berechnen.

Ich habe nun versucht, das in etwa im Artikel wiederzugeben, ohne allzu sehr in Details zum GPS-Signal zu gehen. Nun, ist es manchmal ein bisschen schwer einzuschätzen, ob andere das, was man geschrieben hat, verstehen :) Wenn du, VÖRBY, da mal drübersehen willst, ob dir das so verständlicher vorkommt? Oder vermisst du noch etwas? --Treysis (Diskussion) 17:01, 5. Mai 2019 (CEST)

Fragen dazu:

1. Hast du Quellen dazu?

2. Was bedeutet die Aussage, dass auf 4 Schritte verzichtet werden kann? Bedeutet das, dass die TOW de facto nicht die Vielfachen von 1,5 Sekunden, sondern die Vielfachen von 6 Sekunden zählt? Wie kommt man dann auf die 1,5 Sekunden? VÖRBY: Interne Zählung vs. Übertragungssignal?

3. Ist die Abkürzung "GPST" offiziell bzw. gebräuchlich? Das Buch "Time" von McCarthy und Seidelmann kennt sie nicht.

4. Müsste man nicht besser schreiben "mit den andern Nutzdaten"? Die Zeit gehört doch auch zu den Nutzdaten, oder? Braucht man die Zeit nicht, um die Position zu bestimmen?

--Digamma (Diskussion) 20:27, 5. Mai 2019 (CEST)

1. Jein. Im Prinzip die Englische Wiki und die GPS-Doku. Aber ich habe da doch noch ein paar Fragen an mich selbst. Ich finde leider keine wirklich genaue Beschreibung (die ich dann auch verstehe), in der wirklich mal beispielhaft geschrieben ist, was denn genau in der Navigation Message drinsteht. Bin eben kein Programmierer.

2. Ja, die TOW wird anscheinend im HOW (Hand-over-word) als Vielfaches von 6 Sekunden übertragen. Ich bin mir derzeit unsicher, ob in Subframe 1 die Zeit zusätzlich zum HOW nochmal mit 19 bit übertragen wird. Wenn ja: warum macht man das und verschwendet Bandbreite? Wenn nein: warum zählt man dann überhaupt in 1,5-Sekunden-Schritten, bzw. warum gibt man es dann überhaupt in 19 bit an? Und um auf VÖRBYs Einwand zurückzukommen: ich weiß nicht, ob irgendwo öffentlich beschrieben ist, was die GPS-Satelliten überhaupt selbst machen, bzw. wie deren interne Zählweise aussieht. Bspw. konnte ich auch nicht rausfinden, ob die Satelliten nun die Wochen intern überhaupt mit >10 bit zählen. Keine Ahnung. Die GPS-Spezifikation gibt da nicht zu viel her.

3. Es ist wohl nicht so offiziell wie die Zeitzonen, aber im GNSS-Jargon hin und wieder anzutreffen.

4. Ja. Und die Zeit wird wohl auch zur Positionsbestimmung gebraucht. Ich ging zuvor davon aus, dass die Empfänger die Laufzeit des Signals anhand der Ephemeriden berechnen, und einfach nur die Bitmuster gegeneinander abgleichen, um die Laufzeitunterschiede zu errechnen. Vielleicht tun sie das auch. Vielleicht auch beides. Da kenne ich mich dann auch zu wenig aus, leider. Aber mindestens die Daten aus Subframe 2, also die Ephemeriden, werden benötigt.

--Treysis (Diskussion) 02:32, 7. Mai 2019 (CEST)

Hab etwas umformuliert. Bin nicht sicher, ob alles aufgezählt ist, was mit der Zeit zu tun hat. Auch der Einleitungssatz ist fraglich (19 Sekunden als Definition??). --VÖRBY (Diskussion) 09:43, 6. Mai 2019 (CEST)

Was stört dich an dem Satz? Dass es klingt, als wäre die Differenz von 19 Sekunden willkürlich festgelegt worden?

--Digamma (Diskussion) 22:45, 6. Mai 2019 (CEST)

Scheint mir, dass die 19 Sekunden der aktuellen Sekundenverschiebung entsprechen - die aber eine Variable ist und keine fixe Definition.--VÖRBY (Diskussion) 09:33, 7. Mai 2019 (CEST)

Nach meinem Verständnis wurde die GPS-Zeit auf die UTC zu diesem Zeitpunkt festgelegt (vor diesem Stichtag 1980 wurde meines Wissens UT verwendet). UTC war damals eben gerade TAI-19s. Somit ergibt sich zwar, dass auch die GPS-Zeit TAI-19s entspricht, ich bin aber nicht sicher, ob das die offizielle Definition ist. Wenn ich mir die GPS-Spezifikation durchlese, habe ich manchmal aber den Eindruck, dass man es mit Definitionen eh nicht so genau hatte, sondern eher mit Praxis. --Treysis (Diskussion) 02:32, 7. Mai 2019 (CEST)

UTC wurde 1972 eingeführt. Sie wurde dabei zu Beginn auf TAI - 10 s festgelegt, damit sie weniger als 0,1 s von UT1 abweicht. Bis 1980 wurden insgesamt 9 Schaltsekunden eingefügt, so dass zum Startzeitpunkt der GPS-Zeit die Differenz zu TAI 19 Sekunden betrug. Zum Startzeitpunkt stimmte die GPS-Zeit mit UTC überein, d.h. die GPS-Zeit weicht auch 19 Sekunden von TAI ab. Seither wurden bei UTC 18 weitere Schaltsekunden eingefügt, so dass heute UTC von TAI um 37 Sekunden abweicht. Bei der GPS-Zeit werden aber keine Schaltsekunden eingefügt. Deshalb gilt nach wie vor (und dauerhaft) GPST = TAI - 19 s. Die Zeitdifferenz zwischen GPS-Zeit und UTC beträgt momentan 18 s. GPS-Zeit = UTC + 18 s. Die zwei Differenzen sind nur zufällig fast gleich groß. Die Differenz zwischen GPST und TAI bleibt konstant bei 19 s, die zwischen GPST und UTC ändert sich jedesmal wenn bei UTC eine Schaltsekunde eingefügt wird.

Definiert ist die GPS-Zeit also wahrscheinlich so, dass sie zum Startzeitpunkt um UTC übereinstimmt und gleichschnell verläuft wie TAI. Da zum Startzeitpunkt der GPS-Zeit UTC als TAI - 19 s definiert war, gilt dies auch für die GPS-Zeit. --Digamma (Diskussion) 20:03, 7. Mai 2019 (CEST)

Genauigkeit des Zeitsignals

Verständnisfrage: Was nutzt die "Garantie für die Abweichung zu UTC von max. 1 Mikrosekunde", wenn die Zeitangaben nur mit einer Genauigkeit von 6 Sekunden - und wohl auch nur im Abstand von 6 Sekunden - übermittelt werden? --VÖRBY (Diskussion) 10:59, 12. Mai 2019 (CEST)

Das Signal wird schon auf eine Mikrosekunde genau übertragen. Das ist ähnlich wie bei der Zeitansage beim Telefon (oder ähnlich beim Radio und Fernsehen): "Beim nächsten Ton ist es ....". Das Zeitsignal ertönt nur alle 10 Sekunden, dann aber auf Sekundenbruchteile genau. Bei GPS muss das schon wegen der Navigationsfunktion so sein. Nur dadurch kann der Empfänger die Laufzeit des Signals berechnen. --Digamma (Diskussion) 11:04, 12. Mai 2019 (CEST)

Ergänzung: das GPS-Signal hat eine festgelegte Datenrate. D.h. das Gerät kann dann anhand der Daten genau abzählen, wieviele Mikrosekunden seit dem Beginn der jeweiligen Navigation Message verstrichen sind. Hier ist wohl auch der Punkt, der das militärische Signal so viel genauer macht: das hat u.a. eine höhere Datenrate. --Treysis (Diskussion) 22:31, 12. Mai 2019 (CEST)

Danke. Das heißt, ein empfangenes Signal ist mikrosekundenganau der Zeitpunkt, zu dem der die TOW (in 6 Sekunden-Zeiträumen) begonnen hat. Dabei müsste man unterstellen, dass das Kürzen der TOW-Feldlänge auf 17 Bits exakt dann erfolgt, wenn die TOW beginnt, wenn also die weggekürzten Bits 18 und 19 exakt auf b'00' stehen; oder es gibt einen anderen, ähnlich wirkenden Algorithmus. Denn bei Inhalt 01-11 dieser Bits wären schon 1,5 bis 4,5 Sekunden verstrichen - also bis zu 4,5 Millionen mal mehr gegenüber dem Zeitpunkt des Zeitsignals (in Mikrosekunden).

Kann man diese beiden Gegebenheiten im Artikel irgendwie kurz ergänzen? --VÖRBY (Diskussion) 10:12, 13. Mai 2019 (CEST)

Steht doch schon im letzten Satz: "Wenn die Laufzeit des Satellitensignals genau bestimmt wird, garantiert das GPS-System eine Abweichung von UTC von maximal einer Mikrosekunde." Wer es genauer wissen will, muss dann eben in den Artikel GPS-Technik.

Die TOW im HOW bezieht sich immer auf den Beginn(!) den nächsten Subframes(!!), ist also 6 Sekunden voraus. Und ja, immer wenn die Bits 18 und 19 auf b00 sind. Der Beginn eines Subframes ist mit einer speziellen Codefolge markiert. Da diese Codefolge aber auch zufällig vorkommen könnte, muss der Empfänger ohnehin mehrere Subframes empfangen, um den genauen Beginn erkennen zu können. Der Empfänger empfängt die Nachricht also nicht nur als Ganzes, sondern weiß auch, wann er welchen Teil empfangen hat. Zudem sind die Satelliten ja nicht autark unterwegs. Über sie wacht die Kontrollstation am Boden, und die stellt auch sicher, dass die Drift der Atomuhren regelmäßig korrigiert wird. Dazu (oder dafür? - das habe ich auch noch nicht so ganz verstanden) gibt es die "Clock correction parameters" in Subframe 1. DAS wäre vielleicht eine Information, die hier noch erwähnt werden sollte. --Treysis (Diskussion) 15:24, 13. Mai 2019 (CEST)

Wofür wird die Zeitangabe(n) verwendet?

Ebenfalls sollte beschrieben sein, wozu die Zeit in GPS überhaupt verwendet wird (werden kann). Kann mir (als Laie) auch vorstellen, dass die Zeit (u.a.) von jedem der beteiligten Satelliten gesendet wird, sodass man damit auf Plausibilität prüfen kann.--VÖRBY (Diskussion) 09:33, 7. Mai 2019 (CEST)

Die GPS-Satelliten brauchen eine genaue Zeit, damit sie ihre Signale alle genau zum gleichen Zeitpunkt aussenden. Aus der Laufzeitdifferenz dieser Signale (also aus der unterschiedlichen Ankunftszeit beim Empfänger) bestimmt dieser seine Position. Wären die Uhren der Satelliten nicht synchron, so würde das nicht funktionieren.

Was ich nicht weiß, ist, ob die GPS-Satelliten jedesmal ihre genaue Position mitteilen oder ob sie die Bahnelemente übertragen und der Empfänger die Satellitenposition aus den Bahnelementen und der genauen Zeit berechnet. Falls das letztere der Fall ist, dann Kann der GPS-Empfänger die GPS-Zeit für die Berechnung der Satellitenposition benutzen. Bzw. er kann seine eigene Uhr nach diesem GPS-Signal justieren. --Digamma (Diskussion) 20:03, 7. Mai 2019 (CEST)

Eigentlich wird in jedem Subframe im Hand-over-word (HOW) die Zeit des nächsten Subframes übermittelt. Keine Ahnung, warum man die dann mit 4 multiplizieren soll, um auf die TOW zu kommen, anstatt einfach mit 6 zu multiplizieren, sodass man auf die TOW in Sekunden käme. Ob die TOW noch anderweitig übertragen wird (Stichwort Z-Count) kann ich einfach nicht herausfinden, glaube aber nicht. In Subframe 2 und 3 sind jedenfalls die Ephemeriden enthalten, aber die Daten dort sind für mich zu fremd. Die kann ich nicht interpretieren. Allerdings ist der Artikel GPS-Technik ganz aufschlussreich. Aus den Daten wird die Position der Satelliten berechnet, und damit kann man dann nach der Entfernung lösen, und damit anhand der Laufzeit auf die aktuelle Zeit zum Empfangszeitpunkt schließen (unter Berücksichtigung einiger Fehlerkorrekturen). Detaillierter sollte das nicht beschrieben werden, das steht schon woanders. Evtl. kann man sogar direkt auf GPS-Technik verweisen. Es geht ja hier nur um die GPS-Zeit. --Treysis (Diskussion) 17:45, 8. Mai 2019 (CEST)

Formatvorschlag zur späteren Übernahme in den Artikel (wenn vollständig und mit Konsens):

Im Rahmen des GPS-Systems wird die GPS-Zeit bzw. ihre Elemente zu folgenden Zwecken geliefert bzw. genutzt:

a) Das GPS-System nutzt die Zeitangabe(n) selbst, um überhaupt funktionieren zu können:

• Synchronisation der Zeitangabe für die beteiligten Satelliten
• ...

b) GPS-Geräte: ~

• Feststellung der Laufzeit der Signale; dient zur Positionsbestimmung????
• Umformatierung in andere Zeitformate
• ...

c) Die Benutzer der GPS-Informationen können die Zeitangaben zu folgenden Zwecken nutzen:

• Information über die aktuelle Uhrzeit
• ...

Inhalte sind nur ein Muster, bitte ergänzen und richtigstellen. Danke. Möglicherweise müsste in diesem Zusammenhang ebenfalls zwischen mehreren Ebenen unterschieden werden (einzelner Satellit, GPS-Empfangseinheit, GPS-Benutzersystem - Hard-/Software, ...). Man sieht an den verwendeten Begriffen, dass ich kein Themenspezialist bin, ich habe aber diese Ebenen aus der Diskussion irgendwie wahrgenommen und festgestellt, dass sie im Zusammenhang mit den Zeitangaben unterschiedliche Rollen spielen. Für Interessierte können jedenfalls die Zwecke von Interesse sein.--VÖRBY (Diskussion) 10:15, 8. Mai 2019 (CEST)

Ich denke, man sollte sich da auf das Wesentliche beschränken. Man kann sich 1000 tolle Ideen ausdenken, wofür man die GPS-Zeit verwenden kann. Das Wesentliche ist für mich die Time-of-week, Wochennummer, UTC-Offset. Damit kann dann sowohl die GPS-Zeit, als auch die UTC berechnet werden. Meinetwegen kann man noch erwähnen, dass mit Hilfe der Position und einer Zeitzonen-Datenbank dann auf die lokale Ortszeit geschlossen werden kann, mehr aber auch nicht. Und inwiefern bzw. ob der Zeitstempel in den Satellitendaten für die Positionsbestimmung erforderlich ist. Das habe ich bisher noch nicht verstanden. --Treysis (Diskussion) 17:45, 8. Mai 2019 (CEST)

Zumindest wäre es HIER im Lemma zweckmäßig, darzustellen, was ohne die Zeitangaben in GPS nicht funktionieren würde; 'erfinden' braucht man da keinen Verwendungszweck. Ja, Links sind immer gut, aber den Aspekt 'Zweck' sollte man hier schon wenigstens in Kurzform (ggf. mit Links) finden. --VÖRBY (Diskussion) 09:51, 9. Mai 2019 (CEST)

Wenn ich das richtig interpretiere, dann wird die Zeit zwangsläufig benötigt, um die Position zu bestimmen. 4 Unbekannte, eine davon ist die Zeit. Deswegen braucht man mindestens 4 Satelliten, um die Gleichung zur Positionsbestimmung zu lösen. Dafür reicht aber die TOW. Die Wochennummer wird nicht benötigt. --Treysis (Diskussion) 17:52, 9. Mai 2019 (CEST)

Kann man das präziser beschreiben (ggf. mit einem Link unterstützen)? Bitte oben im Kasten (als Teil des Entwurfs für die Übernahme in den Artikel) texten. --VÖRBY (Diskussion) 19:17, 9. Mai 2019 (CEST)

Ja, siehe GPS-Technik. Da ist das genau beschrieben. Inkl. Gleichungen. Ich würde im Artikel daher nur folgende Aussagen aufnehmen:

1. Die GPS-Zeit ist notwendig, um die Position zu bestimmen, wobei lediglich die TOW verwendet wird (siehe GPS-Technik).

2. Die Zeitinformationen können zusätzlich als Zeitnormal verwendet werden.

3. Anhand der Position kann unter Zuhilfenahme einer Zeitzonentabelle die Ortszeit berechnet werden.

Alles andere halte ich für unnötig kompliziert in diesem Lemma. Habe das mal so in den Artikel eingearbeitet. --Treysis (Diskussion) 20:15, 9. Mai 2019 (CEST)

Danke, so wäre dieser Aspekt auch im Artikel vorhanden. Vielleicht könnte man den Link noch präzisieren, denn der Hauptartikel ist schon sehr ausführlich und lang. --VÖRBY (Diskussion) 11:03, 10. Mai 2019 (CEST)

Hatte ich zuerst überlegt, mich dann aber dagegen entschieden: die Berechnung/Bestimmung ist doch sehr komplex. Der Artikel GPS-Technik ist selbst etwas fragmentiert. Man müsste quasi auf GPS-Technik#GPS-Positionsbestimmung verweisen und zusätzlich auf GPS-Technik#Ablauf_der_Zeitbestimmung, wobei das dann wieder GPS-Technik#Elektronische_Grundlagen voraussetzt. Wer sich also wirklich für die Details interessiert, kommt nicht umhin, doch den ganzen Artikel zu lesen. --Treysis (Diskussion) 16:13, 10. Mai 2019 (CEST)

Datum-Fehler

Da gab es doch mal ein paar GPS-Datum-Fehler (Speicherüberlauf, Programmierfehler, ...). Wann? was genau? mit welchen Folgen? wie behoben? Gruss, --Markus (Diskussion) 17:19, 11. Feb. 2021 (CET)