Wie funktioniert GPS?

GPS steht für Global Positioning System und wurde vom Amerikanischen Verteidigungsministerium ins Leben gerufen. Dieses hat weiterhin die Kontrolle über das System, dessen Benutzung kostenlos ist.

Die Anforderung war, dass einem GPS-Nutzer – egal ob in Ruhe oder in Bewegung – extrem genaue Informationen über seine (dreidimensionale) Position, seine Geschwindigkeit sowie über die Zeit überall auf oder nahe der Erde zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen soll das System ständig liefern, unabhängig von Wetterbedingungen.

GPS ist ein militärisches Navigationssystem und wurde ursprünglich nicht für die zivile Navigation entwickelt. Um dieses System vor Missbrauch durch andere militärische Einheiten zu schützen, wurde ein Teil der Satellitensignale verschlüsselt, worunter die Genauigkeit extrem litt (künstliche Verfälschung).

Im Jahr 2000 wurde der Störfilter durch die US-Regierung unter Clinton abgeschaltet. Die Genauigkeit stieg von rund 100m auf wenige Meter und eröffnete dadurch eine Vielzahl neuer Anwendungsmöglichkeiten. Auch Geocaching wurde in diesem Jahr “erfunden”.

Die Technik hinter GPS

Mit Hilfe eines GPS-Empfängers kannst du weltweit deinen momentanten Standort bestimmen. Darüber hinaus kannst du Ziele vorgeben und das GPS-Gerät bringt dich exakt dorthin.

Im Prinzip arbeitet das GPS wie ein Radio, nur sind es digital verschlüsselte Daten, die Satelliten zu deinem GPS-Gerät senden. Dazu umkreisen gegenwärtig rund 30 Satelliten auf sechs elliptischen Bahnen in ca. 20.000 Kilometern Höhe die Erde. Jeder benötigt zu einer Erdumkreisung etwa 12 Stunden. Die von dem Satelliten zum Empfänger gesendeten Signale beinhalten die genaue Position des Satelliten mit einer Zeitangabe.

Aus der Differenz der Zeitangabe vom Senden des Signals bis zum Empfang berechnet der GPS-Empfänger die genaue Entfernung. Für eine Standortbestimmung benötigt der GPS-Empfänger die Daten von mindestens drei Satelliten. Zur Berechnung der Höhe wird ein weiterer Satellit benötigt. Bei fast allen GPS-Geräten wird also auf vier Satelliten “gewartet”, bis GPS-Empfang angezeigt wird.

Die Genauigkeit liegt momentan im Idealfall bei 2-3m. Für’s Geocachen sollte dein zukünftiges GPS-Gerät also auch einen magnetischen Kompass enthalten, da du die Genauigkeit damit nochmals gewaltig erhöhen kannst.

GLONASS – Das GPS-System aus Russland

Russland hat ein eigenes System Namens „GLONASS“ entwickelt, um unabhängig vom amerikanischen GPS System zu sein. GLONASS ähnelt in Aufbau und Funktionsweise dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS. Die Satelliten der GLONASS-Konstellation tragen den Namen Uragan (Hurrikan). Technisch basiert GLONASS auf ähnlichen Prinzipien wie GPS.

Alle neueren GPS-Geräte und Smartphones, können die Daten von beiden Systemen verarbeiten. Die Zuverlässigkeit und auch Genauigkeit wird dadurch erhöht.

GALILEO – Das GPS-System aus Europa

Galileo ist ein europäisches globales Satellitennavigations- und Zeitgebungssystem unter ziviler Kontrolle. Es liefert weltweit Daten zur genauen Positionsbestimmung und ähnelt dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS, dem russischen GLONASS-System und dem chinesischen Beidou-System. Die Systeme unterscheiden sich hauptsächlich durch die Frequenznutzungs-/Modulationskonzepte, die Art und Anzahl der angebotenen Dienste und die Art der Kontrolle: GLONASS, Beidou und GPS sind militärisch kontrolliert, GALILEO ist zivil kontrolliert.

Mit dem Start vom 25. Juli 2018 sind 26 der vorgesehenen 30 Satelliten im Orbit. Bis Ende 2019 sollen alle Satelliten in ihre Umlaufbahn gebracht werden. Das Satellitennavigationssystem ist für die Allgemeinheit seit dem 15. Dezember 2016 zugänglich. In Zukunft werden alle GPS-Geräte und Smartphones auch diese Technologie unterstützen.

Nächstes Thema

Welches GPS-Gerät für Geocaching?