"Wie GPS-Uhren funktionieren"

Was könnten Sie tun, wenn Sie genau aufzeichnen könnten, wie viel Aufwand Sie in Ihr Training stecken? Wie viel Zeit könnten Sie sparen, wenn Sie wüssten, dass jeder Schritt, jeder Schlag eines Kajakpaddels oder jede Umdrehung eines Fahrradpedals fein abgestimmt wäre, um Ihnen das gewünschte Fitnessergebnis zu liefern? Würden Sie bessere Entscheidungen treffen – und mehr Spaß haben – wenn Sie auf Ihr Handgelenk blicken und auf ein hochpräzises Navigations- und Wettertool zugreifen könnten ?

Sofern Sie nicht seit mehr als einem Jahrzehnt vollständig von der Technologie abgeschnitten sind, wissen Sie, dass dies keine Science-Fiction ist: Die Technologie des globalen Positionsbestimmungssystems ( GPS ) hat die Art und Weise, wie wir uns auf dem Planeten bewegen, revolutioniert. Die Sterne dieses Systems sind ein Netzwerk aus 24 Satelliten, die die Erde in genau nachgeführten Umlaufbahnen umkreisen. Sie sind so synchronisiert, dass sie genau zur gleichen Zeit eindeutige Signale aussenden, die Empfängereinheiten in Flugzeugen, Autos und sogar Mobiltelefonen verwenden, um ihre Position relativ zu den Satelliten zu berechnen. Wenn Ihr GPS-Gerät Signale von mindestens drei Satelliten empfangen kann (obwohl vier besser sind), kann es Ihre Breite, Länge, Geschwindigkeit und Höhe auf wenige Fuß oder Meter genau berechnen.

Eine Reihe von Herstellern setzen diese einst klassifizierte Militärtechnologie für alle Arten von Anwendungen ein, z. B. für den Bau immer genauerer Navigationswerkzeuge und die Verwendung von GPS-Tracking für Mobiltelefone, um Werbekampagnen für bestimmte Benutzer an bestimmten Orten anzupassen. Und Sportartikelunternehmen sind voll und ganz auf diesen Zug aufgesprungen, mit einer schnell wachsenden Flotte von GPS-Geräten in Uhrengröße, die für Sportler und Outdoor-Abenteurer entwickelt wurden.

Diese armbanduhrgroßen Computer sind oft vollgepackt mit einer Bibliothek positionsbasierter Informationen; Es ist heute möglich, eine GPS-Uhr zu kaufen, mit der Sie Ihren Standort überall auf der Welt innerhalb von Minuten nach dem Öffnen der Schachtel finden können. Aber GPS-Uhren gehen weit über einfache „Hey, schau, wo ich bin“-Gimmicks hinaus. Mit ein wenig Wissen über die Funktionsweise der Uhren können Sie intelligenter trainieren und in der Hitze des Wettbewerbs bessere Leistungen erbringen. Sie müssen nicht auf die Zukunft des Sports und der Fitness warten – sie ist schon heute da und passt an Ihr Handgelenk.

1. Die Geschichte der GPS-Technologie
2. Das unglaublich schrumpfende GPS-Gerät
3. GPS-Uhren nützlich machen
4. Das richtige GPS-Tool für den Job
5. Verwenden einer nützlichen GPS-Uhr

GPS kann seine Ursprünge bis zur Geburt der Raumfahrt zurückverfolgen; Die Prinzipien dahinter kamen zusammen, als amerikanische Wissenschaftler sich bemühten, Sputnik zu verfolgen , den Satelliten, der im Oktober 1957 von der Sowjetunion in die Umlaufbahn gebracht wurde. Forscher des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University, Dr. William Guier und George Weiffenbach entdeckten, dass sie die Positionen früher Satelliten basierend auf dem Doppler-Effekt verfolgen konnten: Signale, die von einem sich bewegenden Satelliten gesendet wurden, scheinen sich zu verzerren, wenn er sich der Empfangsstation nähert oder sich von ihr entfernt. Durch Messen der Art und Schwere der Verzerrung könnte eine Person die Ausrichtung der Umlaufbahn des Satelliten berechnen.

APL-Unternehmensforscher Frank McClure schlug vor, dass das Ortungssystem auch umgekehrt funktionieren könnte: Durch die Verfolgung eines Satelliten mit genau bekannter Umlaufbahn und die Auswertung der daraus resultierenden Dopplerverschiebungen in seinem Signal könnte eine Person am Boden seine Position an beliebiger Stelle bestimmen das Signal hoch. Die US Navy erweiterte das System zum Navy Navigation Satellite System, das Schiffe bis 1964 aktiv leitete. (Weitere Informationen zur Geschichte von GPS finden Sie in unserem Artikel über die Funktionsweise von GPS-Empfängern .)

Die vom Militär gesponserte Forschung wurde bis in die 1970er und 1980er Jahre fortgesetzt, als Wissenschaftler versuchten, die Signalpräzision, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Satellitennavigation zu verbessern. Die Technologie wechselte von der Verfolgung von Dopplerverschiebungen zur Verwendung von Triangulation und Signaltiming: Je länger ein Signal brauchte, um einen Empfänger zu erreichen, desto weiter war der Satellit zum Zeitpunkt des Sendens des Signals entfernt. GPS war in den 1980er Jahren ein bewährtes Werkzeug für alle Zweige des US-Militärs und seiner Verbündeten, als die US-Regierung damit begann, einen breiten zivilen Zugang zur Technologie zu ermöglichen [Quelle: Parkinson ].

Frühe zivile GPS-Geräte waren groß und schwer, was ihre Nützlichkeit für Benutzer, die unterwegs waren, einschränkte. Aber sie litten unter einem viel lähmenderen Nachteil: Sie waren nicht so genau. Um zu verhindern, dass Feinde auf die Navigationssignale zugreifen, setzte das US-Militär Dithering ein: absichtliche Interferenz mit den Zeitsignalen der Satelliten, die nicht autorisierte Benutzer nicht entschlüsseln konnten. Dies begrenzte die zivile GPS-Genauigkeit auf etwa 300 Fuß (100 Meter). Erst im Jahr 2000 entfernte die US-Regierung schließlich das Dithering, wodurch eine genaue zivile Navigation möglich wurde. GPS wurde dann zu einem nützlichen Werkzeug für alle, die wissen mussten, wo sie sich befanden, wie schnell sie reisten oder wie sie an ihr Ziel kamen [Quellen: Parkinson ; Navigon ].

Das Problem mit der Genauigkeit war also gelöst, aber wie haben die Hersteller von GPS-Geräten Produkte mit einer einigermaßen tragbaren Größe entwickelt?

Der Zugang zur Dither-freien GPS-Technologie fiel mit einer Revolution in der Miniaturisierung der Elektronik zusammen – denken Sie daran, wie viel weniger ein moderner Laptop-Computer wiegt als der , den Sie 1996 benutzten Diese winzigen Komponenten werden direkt auf eine Leiterplatte gelötet (anstatt Kabel zu verwenden, um Verbindungen herzustellen), und die Robotermontage, die dazu beitrug, die Timing- und Signalverarbeitungschips im Herzen von GPS-Empfängern in winzige Komponenten zu schrumpfen. Heute sind sie fast zu klein, um ohne Vergrößerung klar zu sehen [Quelle: Poole ].

Die Forscher verkleinerten die GPS-Einheiten weiter, indem sie fraktale Geometrie anwendeten – bei der es sich um Formen handelt, die aus sich wiederholenden, erweiterbaren Mustern bestehen –, um leistungsstarke Empfängerantennen zu entwerfen, die sich buchstäblich in winzige Räume falten. Dieses wichtige (und einst sperrige) Teil des GPS-Empfängerpakets wurde klein genug, um es im schlanken Gehäuse eines Smartphones zu verstecken – oder im Gehäuse einer Uhr [Quelle: Rusu und Baican; Michola ].

Die ersten GPS-Uhren waren im Wesentlichen kleine Versionen von tragbaren GPS-Geräten mit einer Länge von etwa 2 bis 3 Zoll (etwa 50 bis 75 Millimeter) und einer Breite von etwa 1 Zoll (25 Millimeter) mit befestigten Armbändern. Obwohl sie tatsächlich kleiner und leichter waren als die meisten anderen GPS-Geräte aus dem frühen 21. Jahrhundert, waren sie immer noch groß genug, um lange Strecken damit zu laufen – ganz zu schweigen davon, nach dem Training mit dem Ding am Arm zum Café zu laufen -- für viele Athleten mehr Ärger als es wert war [Quelle: Wollman ].

Sportarten, bei denen es darauf ankommt, den eigenen Standort relativ zu einem Ziel zu kennen, wie beispielsweise Golf, haben GPS früh in diesem Miniaturisierungsprozess eingeführt. Beispielsweise wurde der bekannte Golfchampion und Platzdesigner Greg Norman im Jahr 2002 Berater beim Golf-bezogenen GPS-Produkthersteller Inforetech [Quelle: GPS Industries ]. Aber im Großen und Ganzen bedurfte es zwei technologischer Schritte, bis die Verbraucher GPS-Uhren in großem Umfang einführten.

Um wirklich nützlich (und damit marktfähig) zu werden, mussten GPS-Uhren zunächst, nun ja, uhrähnlich werden. Dieser Punkt wurde schließlich um 2010 erreicht, und ab 2012 konnte man eine GPS-Uhr in der gleichen Größe, Form und im allgemeinen Stil wie jede andere Modeuhr auf dem Markt kaufen. Einige Modelle, wie ein 13 Millimeter (0,51 Zoll) dicker Prototyp, der im Februar 2012 von Epson herausgebracht wurde, waren tatsächlich kleiner als viele Nicht-GPS-Sportuhren [Quelle: Tucker ].

Kleine Größe bedeutet jedoch nicht eine geringe Anzahl von Funktionen, und hier wurden GPS-Uhren wirklich zu nützlichen Trainingswerkzeugen. Genau zu wissen, wo man sich gerade befindet, ist schön, aber wenn man nicht mitten im Nirgendwo ist oder versucht, einen Schläger mitten auf einem unbekannten Fairway zu wählen, ist die Anwendung begrenzt. Die Hersteller von GPS-Uhren erkannten dies und erweiterten die Vielseitigkeit ihrer Produkte, indem sie Funktionen anderer Sportgeräte wie Fahrradcomputer, Schrittzähler und Herzfrequenzmesser hinzufügten.

Viele GPS-Uhren können über drahtlose Signale wie ANT+, ein kleines, energieeffizientes System, mit anderen Geräten synchronisiert werden. Diese zusätzlichen Geräte messen oft Biometrie : Körpersystemmessungen wie die Herzfrequenz, die Sportler verwenden können, um die Intensität ihres Trainings zu messen. Andere Sensoren, die in GPS-Uhren enthalten sind, können am Schuh montierte Trittfrequenzmonitore umfassen, die die Schrittgeschwindigkeit eines Läufers verfolgen, und am Fahrrad montierte Sensoren, die die Radgeschwindigkeit und die Kraft erfassen, die ein Fahrer durch die Pedale ausübt. Die Computersoftware, die mit diesen Uhren geliefert wird, ermöglicht es Benutzern, eine Reihe von Trainingsdaten herunterzuladen, die von der Uhr entweder drahtlos oder über einen USB-Anschluss gesammelt wurden. Durch die Eingabe grundlegender Informationen wie Größe, Gewicht und Alter in die Uhr kann der technisch versierte Athlet ein präzises, sportspezifisches Werkzeug haben, eine Version des 21. Jahrhunderts des Athleten-Trainingstagebuchs.

Diese Kombination aus Standort und biometrischen Daten ist das Fleisch dessen, was eine GPS-Uhr die Kosten wert macht. Aber wie in vielen technischen Geräteszenarien ist es leicht, sich von den verfügbaren Optionen überwältigen zu lassen. Die Preise für GPS-Uhren variieren, aber mit Preisen, die Anfang 2012 zwischen 100 und über 400 US-Dollar für verschiedene Modelle lagen, sind sie immer noch keine geringe Ausgabe. Wie können Sie die für Ihre Bedürfnisse am besten geeignete GPS-Uhr auswählen?

Sie würden kein Segelboot kaufen, wenn Sie Wildwasserstromschnellen fahren wollten. Ebenso sollten Sie sicherstellen, dass eine GPS-Uhr Ihren erwarteten Anforderungen entspricht, bevor Sie Ihr hart verdientes Geld dafür ausgeben. Verwenden Sie die Uhr für eine Sportart oder möchten Sie eine, die für eine Vielzahl von Aktivitäten nützlich ist? Sind Sie mehr daran interessiert, Daten zu haben, die Sie auf Ihren Computer herunterladen und im Laufe der Zeit verfolgen können, oder bevorzugen Sie ein Gerät, das Ihnen Informationen liefert, wenn Sie sie vor Ort benötigen? Gehen Sie an Orte, an denen es gefährlich sein könnte, sich zu verlaufen, oder halten Sie Ihre Aktivitäten Sie auf gut markierten Wegen und Straßen? Ihre Antworten auf all diese Fragen werden Ihre Uhrenauswahl eingrenzen.

Nehmen Sie zum Beispiel die letzte Frage: Wenn Sie ein begeisterter Wanderer oder Langläufer sind, der gerne ins Backcountry wandert, wäre es sicher hilfreich, eine GPS-Uhr mit Moving-Map-Anzeige zu haben, die Ihnen zeigt, wo Sie sind stehen in Relation zu anderen Wegpunkten. Der Kompromiss dafür ist die Größe: Das größere Display, das zum Anzeigen von Kartendetails erforderlich ist, bedeutet, dass diese Art von Uhr für Sie möglicherweise zu umständlich ist, wenn Sie hauptsächlich etwas Leichtes und Schlankes suchen, um Splits bei Ihrem nächsten Marathon zu verfolgen [Quelle: Geek.com]. Ebenso möchte ein robuster Sportler wie ein Skifahrer oder Mountainbiker eine Uhr mit Touchscreen-Oberfläche vermeiden und den eleganten, knopflosen Look gegen etwas austauschen, das nicht neu kalibriert wird, wenn es unerwartet von einem Ast getroffen wird. Ein Läufer hingegen könnte feststellen, dass ein Touchscreen perfekt ist, um schnell Daten zu überprüfen.

Die Hersteller von GPS-Uhren listen die Merkmale ihrer Modelle auf ihren Websites auf, was Ihnen eine schnelle und einfache Möglichkeit bietet, Merkmale und Preise auf dem gesamten Markt zu vergleichen. Wenn Sie Ihre Suche eingrenzen, hilft es jedoch, eine Live-Perspektive zu erhalten. Sprechen Sie mit den Leuten in Ihrem örtlichen Fahrradgeschäft, Laufgeschäft oder Wanderausrüster und haben Sie keine Angst, Freunde wegen ihrer GPS-Uhren zu belästigen. Dank der Tipps aus erster Hand und Erfahrungsberichten aus der Praxis sind Sie bestens gerüstet, um den richtigen Kauf zur Ergänzung Ihrer gewählten Aktivitäten zu tätigen.

Die Vorteile grundlegender GPS -Funktionen liegen auf der Hand, wenn Ihre Leidenschaft Outdoor-Abenteuer wie Wandern im Hinterland, Seekajakfahren oder Jagen sind; Diese winzigen Computer sind maßgeschneidert, um Ihnen zu helfen, in die Wildnis zu gelangen und mit einem geringeren Risiko, sich zu verirren, wieder zurück zu kommen. Denken Sie nur daran, eine Karte und einen Kompass einzupacken und zu wissen, wie man sie benutzt; Abenteuergeschichten sind voll von Geschichten über GPS-Batterien, die im schlimmsten Moment leer sind.

Sport- und Fitness-orientierte Nutzer können zudem Wayfinding-Funktionen nutzen, um eine neue Laufstrecke auszuprobieren oder unterwegs zu trainieren. Aber das kratzt nur an der Oberfläche dessen, was Sie mit diesem Hightech-Trainingstool machen können.

Eine GPS-Uhr kann Ihre Leistung mit einer Genauigkeit messen, die früher nur Forschern und Profisportlern vorbehalten war. Es ist schön zu wissen, wie lange Sie für einen Halbmarathon gebraucht haben, aber eine GPS-Uhr kann Ihnen genau sagen, wo Sie auf der 21,1 Kilometer langen Strecke am schnellsten und am langsamsten waren. Mit der Daten-Download-Funktion, die bei diesen Geräten so ziemlich Standard ist, können Sie jeden Lauf vergleichen, um Trends in Ihrer Leistung zu sehen. Vielleicht fällt dir auf, dass du nach Meile 10 zu viel Zeit verlierst oder dass du die Hügel nicht mehr so ​​schnell erklimmst wie letztes Jahr auf denselben Strecken.

Sobald Sie diese Art von Schwachstellen in Ihrer Leistung identifiziert haben, können Ihnen die kombinierten Funktionen in einer GPS-Uhr spontanes Feedback geben, um Ihr Training spezifischer und effizienter zu gestalten. Viele Radfahrer verbringen zum Beispiel den ersten Teil ihrer Vorsaison damit, mit langer, stetiger Anstrengung kardiovaskuläre Kraft aufzubauen. Dies hilft, eine Grundlage für die Strapazen des Sprints und des Bergtrainings später im Jahr zu schaffen. Das Verfolgen eines „moderaten Tempos“ anhand der wahrgenommenen Anstrengung – wie Sie sich während des Trainings fühlen – ist bestenfalls ein variables Maß. Rüsten Sie sich jedoch mit einer GPS-Uhr aus, die Daten von einem Herzfrequenzmesser, einem Trittfrequenzsensor und einem Radgeschwindigkeitssensor lesen kann, und Sie können jeden Kilometer Ihrer Fahrt feinabstimmen und Ihre Anstrengung in einem präzisen Bereich von Geschwindigkeit, Herzfrequenz und Zeit halten .

Die Ergebnisse dieser Art von spezifischem Training können dramatisch sein. Wenn Sie wenig Zeit haben, können Sie jetzt jede Minute Ihres Trainings optimal nutzen. So verbringen Sie weniger Zeit damit, sich Gedanken über die Vereinbarkeit von Sport, Familie und Beruf zu machen. Und wenn der Spieltag kommt, wissen Sie genau, wie sehr Sie sich anstrengen können, egal ob auf der Rennstrecke, dem Trail oder der Rennstrecke. Dies ist eine Technologie, mit der Sie intelligenter und nicht nur härter trainieren können.

Funktionsweise von GPS-Uhren: Anmerkung des Autors

Trotz meiner tiefen Leidenschaft für schnelles Radfahren bin ich nur langsam zum GPS-Trainingsgeräte-Camp gekommen. Ich fahre mit einem Computer, der meine Geschwindigkeit, Trittfrequenz, Distanz und Herzfrequenz aufzeichnet, also bin ich kein absoluter Minimalist. Aber einige Jahre lang betrachtete ich „das GPS-Ding“ als ein weiteres teures Gerät, das nicht so vorteilhaft wäre wie ein härteres Training mit den Werkzeugen, die ich derzeit habe. Tatsächlich gebe ich zu, dass ich mich jedes Mal wirklich gut fühle, wenn ich einen Typen auf einem aufgemotzten Fahrrad mit einem am Lenker festgeschnallten GPS-Gerät überholt habe.

Aber meine Perspektive begann sich dieses Jahr während einer Sommerzeitfahrserie zu ändern. Jede Woche schloss ich mich einer Gruppe von Rennfahrern an, die auf einer flachen 10-Meilen-Strecke einzeln gegen die Uhr kämpften. Sitze und Lenker wurden Zentimeter für Zentimeter angepasst. Unsere Gespräche begannen sich um geheimnisvolle Details zu drehen, wie ein paar PSI Reifendruck (ja, es macht einen Unterschied) und den aerodynamischen Vorteil, die Belüftungsöffnungen am Helm zuzukleben (am Ende war dieser den ganzen Spaß nicht wert). Blicke, die wir bekommen haben). Einer meiner Teamkollegen lief die ganze Saison über ein GPS-Gerät und konnte genau sagen, wo seine Geschwindigkeit zunahm, konstant blieb oder abfiel. Er nutzte dies zu seinem Vorteil und bereitete sich mental auf die schwierigeren Abschnitte des Kurses vor, während ich an meiner bewährten „Wenn es weh tut, musst du etwas richtig machen“-Philosophie festhielt.

Unsere verstrichenen Zeiten waren in den meisten Wochen ziemlich nah beieinander, aber berücksichtigen Sie, dass dieser Typ sieben Jahre älter ist als ich. Er ist ein starker Reiter, aber ich bin kein Schlappschwanz; Ich bin länger im Sport als er und mein Ego sagt mir, dass ich in der Lage sein sollte, ihn zu überholen. Ich muss denken, dass die Zeit, die er damit verbracht hat, jede Fahrt mit seinem Garmin zu analysieren, zu einem kleinen bisschen mehr Effizienz geführt hat. Vielleicht waren es nur ein paar Sekunden insgesamt, aber das war alles, was er brauchte, um mich in der Gesamtwertung um vier Plätze zu verdrängen. Und während ich immer noch zufriedenstellend regelmäßig Typen mit GPS-Geräten überhole, könnte es ausreichen, von diesem einen Fahrrad – mehr als einmal – überholt zu werden, um mich in dieser Saison in den GPS-Club zu drängen.

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