Was ist GPS?
Die Bedeutung & Funktion des Global Positioning System
GPS ist ein weltweites Navigationssatellitensystem, das es Benutzern ermöglicht, ihre genaue Position und Geschwindigkeit auf der Erde zu bestimmen. Es wurde ursprünglich von den Vereinigten Staaten entwickelt und ist heute ein wichtiger Bestandteil vieler Anwendungen, einschließlich Navigationsgeräten für Automobile, Handys und Outdoor-Sportarten. Fragen wie „Was ist GPS?“ oder „Wie funktioniert GPS?“ werden wir in diesem Beitrag klären.
Was ist das GPS?
Die Abkürzung „GPS“ steht für Global Positioning System. Die korrekte Bezeichnung entspricht einer Abkürzung aus der amerikanischen Bezeichnung Navigational Satellite Timing and Ranging Global Positioning System und lautet eigentlich NAVSTAR GPS. Seit 1990 lässt sich mit Hilfe von Satelliten des US-Verteidigungsministeriums die eigene Position bestimmen. Vorerst für nicht-militärische Zwecke nur sehr ungenau.
Ab dem 2. Mai 2000 wurde die vom US-Ministerium erzeugte künstliche Ungenauigkeit (Selectiv Availbility) für zivile Zwecke aufgehoben, womit erstmalig Ortungsgenauigkeiten von unter 10 Metern möglich waren. Zu diesem Zeitpunkt wurden das Global Positioning System Bestandteil verschiedenster Anwendungen und Technologien.
Wie funktioniert GPS?
Die Satelliten alleine reichen nicht aus, damit die eigene Position bestimmt werden kann. Benötigt wird ein entsprechender Empfänger, welcher die aus dem All gesammelten Daten verrechnen kann und somit ein genaues Ortungsergebnis liefert. Entsprechende Empfänger sind heutzutage in Smartphones, Navigationsgeräten und vielen weiteren Geräten verbaut.
Die Funktion von GPS im Detail?
Damit ein Empfänger genaue Ortungen berechnen kann, muss dieser dauerhaft Daten von mindestens vier Satelliten empfangen. In der Praxis werden sogar sechs bis acht der aktuell im Weltall treibenden 24 Satelliten empfangen. Die Satelliten umkreisen die Erde auf sechs verschiedenen Bahnebenen und in einer Höhe von ca. 20.200 Metern.
Die Abstandsberechnung:
Der empfangene Satellit sendet ununterbrochen seine individuelle Kennung, die GPS-Zeit, sowie seine Bahndaten in fortlaufender Reihenfolge zum Erde. Diese Informationen können im Empfänger für jeden Zeitpunkt die dazugehörige Position des Satelliten berechnen.
Anhand der Laufzeit des Signals vom Satellit zum Empfänger kann der Abstand zwischen beiden Geräten errechnet werden.
Die Positionsbestimmung:
Mit den Werten eines einzelnen Satelliten ist jedoch keine genaue Positionsbestimmung möglich. Mindestens zwei weitere Satelliten ihre Daten an den Empfänger ebenfalls übermitteln, kann der aktuelle Standpunkt berechnet werden.
In der Praxis geht von jedem Satelliten eine unterschiedlich lange Strecke aus. Per Triangulation kann der Schnittpunkt dieser drei Strecken errechnet werden.
Der Zeitfaktor:
Die Satelliten sind mit einer hochpräzisen Atomuhr ausgestattet. Damit die unterschiedlichen Laufzeiten und somit der Abstand zu den Satelliten exakt bestimmt werden kann, muss auch der Empfänger eine extrem genaue Uhr verbaut haben. Da nicht jedes Gerät über solch genaue Atomuhren verfügt, muss die Zeitabweichen der Empfängeruhr zur GPS-Zeit individuell ermittelt werden. Dazu muss ein vierter Satellit für die Zeitkorrektur empfangen werden.
Somit sind für eine exakte Funktion von GPS immer mindestens vier verschiedene Navigationssatelliten zur gleicher Zeit erforderlich. Die codierte Signalübertragung (C/A-Code) synchronisiert die Empfängeruhr, sodass die Entfernung zum Satelliten mit einer Abweichung von nur wenigen Metern berechnet wird.
Die Bedeutung vom Global Positioning System
Das GPS der heutigen Zeit bietet verschiedenste Satellitenverfolgungsdienste, die sowohl in kommerziellen als auch persönlichen Anwendungen großen Nutzen finden. Somit nimmt auch die Bedeutung des Signals in unserem Alltag rasch zu.
Ein großes Beispiel ist die Einführung des GPS-Fahrzeugortungssystems, wie die bereits eingebauten Infotainment-Systeme in modernen KFZs oder den externen Navigationsgeräten, womit wir uns innerhalb von unserem Navi Test genauer befassen.
In vielen anderen Einsatzbereichen ist das Global Positioning System heutzutage essentielles Bestandteil und nicht mehr wegzudenken.
Im Sport
Im sportlichen Bereich wird das GPS bereits sehr ausgewogen genutzt und kommt beispielsweise in Datenloggern, zur Erstellung von Tracks, oder bei der Trainingsplanung zum Einsatz. Bei großen Wettkämpfen übernimmt das Global Positioning System eine Kontrollfunktion und prüft, ob Sportler eine vorgegebene Strecke abkürzen. Aber auch zum Skifahren oder Bergsteigen gibt es mittlerweile optimierte Geräte.
In der Luftfahrt
Vom funktionierenden GPS-System profitiert vor allem die Luftfahrt. Dort kommen weiterhin Systeme in Form von VOR- und NDB-Empfängern oder die Trägheitsnavigation zum Einsatz und das Global Positioning System nimmt in der Regel nur eine unterstützende Funktion ein. Mithilfe des DGPS (hier erklärt) können unbemannte Flugzeuge sogar von selbst landen.
In der Seefahrt
Das GPS gehört heutzutage zur Grundausstattung eines Schiffes, meist als Kartenplotter, bei dem der über GPS ermittelte Schiffsort in Echtzeit auf einer elektrischen Seekarte angezeigt wird. Aber auch viele externe, mobile Geräte werden bei der Seefahrt genutzt.
Bei Ermittlungen
In Deutschland ist die Verwendung von Global Positioning System bei strafrechtlichen Ermittlungen legal. Beispielsweise werden die Ortungsgeräte magnetisch am Unterboden des Fahrzeug eines Subjekts angebracht. Die Ortungsdaten werden entweder per Funk live übertragen oder aufgezeichnet.
Der Einsatzbereich ist noch deutlich umfangreicher. Jedoch sollten diese Beispiele ausreichen um die Bedeutung vom GPS klarzustellen. Das Signal ist allgegenwertig und wird von uns alltäglich genutzt. Ein plötzlicher Ausfall des Global Positioning System würde Technologien und Anwendungen weltweit unbrauchbar machen und die Menschheit womöglich einige Jahre in die Vergangenheit werfen.
Nachteil des GPS
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