Global Positioning System

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Einleitung

Global Positioning System (GPS, Globales Positionsbestimmungssystem), spezielles Satellitenfunknavigationssystem, das aus 24 Satelliten sowie Relaisstationen auf der Erde besteht. Mit Hilfe des GPS lassen sich rund um die Uhr, an jedem Punkt der Welt und bei jedem Wetter Angaben über eine genaue dreidimensionale Position (Länge, Breite, Höhe) sowie Geschwindigkeit und Zeit machen.

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Geschichte und Entwicklung

Betrieben und unterhalten wird das Navstar Global Positioning System vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium, das es 1973 als Navigationshilfe einführte. Aufgrund zahlreicher Vorteile für die Navigation gewann GPS für ein breites Spektrum von Anwendern an Attraktivität, zumal es schon mit kleinen, kostengünstigen Geräten genutzt werden kann.

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Fähigkeiten

GPS gibt es in zwei Versionen: Als Standarddienst (SPS: Standard Positioning Service) mit einer auf 100 Meter genauen Positionsangabe und als Präzisionsdienst (PPS: Precise Positioning Service) mit einer Genauigkeit bis auf 20 Meter. Eine vom Militär genutzte Ausführung ist zusätzlich gegen Störungen und Störsignale geschützt.

Verbesserte Techniken wie das differentielle GPS (DGPS) und der Einsatz von Trägerfrequenzen ermöglichen Positionsangaben unterhalb von drei Metern für DGPS-Anwender. In der Landvermessung werden inzwischen Werte von einem Zentimeter und weniger erreicht. SPS, DGPS und Trägertechniken sind allen Anwendern zugänglich.

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Die Arbeitsweise von GPS

GPS-Satelliten sind mit äußerst präzisen Chronometern (Atomuhren) ausgestattet und strahlen die Zeitinformation in Form von Codes aus, so dass ein Empfänger ständig den Sendezeitpunkt des Signals bestimmen kann. Es enthält Daten, die im Empfänger für die exakte Positionsberechnung verarbeitet werden. So wird die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Empfangs und der Absendezeit des Signals verwendet, um die Entfernung zum Satelliten zu berechnen. Dabei berücksichtigt das Empfangsgerät automatisch Verzögerungen durch die Ionosphäre und die Troposphäre.

Mit Hilfe der Entfernung zu drei Satelliten und ihrer Position zum Sendezeitpunkt berechnet der Empfänger seine Position nach geographischer Breite und Länge sowie seiner Höhe. Dazu muss das Empfangsgerät wie der Satellit ebenfalls mit einer Atomuhr ausgerüstet sein. Ist das GPS-Gerät jedoch in der Lage, die Signale von vier Satelliten zu verarbeiten, kann eine Atomuhr entfallen.