Global Positioning System (GPS)

Ein Globales Positionierungs-System, kurz GPS genannt, ist als Navigationssystem sehr bekannt. Ursprünglich zur militärischen Navigation und Positionsbestimmung geplant, eroberte es mit den Jahren mehr und mehr den zivilen Alltag. Ob Seefahrt, Luftfahrt, Auto, Landwirtschaft, sogar Fußgänger, überall gibt es Hilfestellung aus dem Weltraum von Satelliten.

Bereits 1973 plante das amerikanische Militär die Einführung eines Globalen Positionierungs-Systems, aufgebaut auf die Systeme TRANSIT und TIMATION. Erst im Jahre 1983 wurde das System für die zivile Nutzung freigegeben, jedoch immer wieder durch spontane Abschaltungen seitens des Militärs bedroht. 1995 konnte schließlich die volle Betriebsbereitschaft des Globalen Positionierungs-Systems mit 24 Satelliten gemeldet werden, wobei immer noch große Ungenauigkeiten durch militärische Einschränkungen auftraten. Seit dem Jahr 2000 sind nun Genauigkeiten von 100 - 20 Metern möglich. Mit dem fünfzigsten Satellit im Jahr 2005 wird auch dieses System stetig angepasst und erweitert.
Alternativ besitzen die Russen mit dem GLONASS ein eigenes Globales Positionierungs-System. Das europäische EUTELTRACS nutzt Funkfrequenzen im Gigaherzbereich, um eine sehr genaue Positionsbestimmung zu ermöglichen. Erst mit Galileo wird auch Europa in Zukunft ein sehr genaues Globales Positionierungs-System benutzen. MTSAT ist wiederum eine jetzige Entwicklung von Japan. Für den asiatischen Bereich wird allerdings schon seit 2004 das chinesische COMPASS betrieben.

Die Satelliten des Globalen Positionierungs-Systems umkreisen die Erde mit einer Geschwindigkeit von 3,9km/s, was einer Umlaufzeit von 12 Stunden bei einer Bahnhöhe von 20200 Kilometern, entspricht. Hier wird von medium earth orbit, kurz MEO, gesprochen. Eine Inklination der Satellitenbahnen von 55° zum Äquator und den 6 Ebenen wird eine optimale Verfügbarkeit sichergestellt. Ebenfalls wirken Störfaktoren, wie Sonnenwinde und Graviationsfelder, weniger störend auf das Globale Positionierungs-System .

Eine genaue Positionsbestimmung ist recht aufwendig, weshalb die Geräte des Globalen Positionierungs-Systems lange Zeit sehr teuer waren. Jeder Satellit sendet seinen Namen, seine Position, die Zeit seine Bahndaten aus. Das Empfangsgerät (der GPS-Empfänger) kann nun aus der Zeitdifferenz von Sendezeit und Empfangszeit des Satellitensignals seine Position bestimmen. Mit drei Satelliten kann somit der Standort auf einer Ebene, mit vier oder mehr Satelliten die genaue Position im Raum bestimmt werden. Wird dieser Prozess stetig wiederholt, lassen sich weitere Daten gewinnen. So kann die Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung festgestellt werden. Der Doppler-Effekt lässt sich bei den Satellitensignalen ebenfalls für die Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe eines Globalen Positionierungs-Systems nutzen.
Wichtig ist bei Satellitensignalen jedoch immer Einsteins Relativitätstheorie, da Zeitdifferenzen durch unterschiedliche Geschwindigkeiten in die Rechnung mit eingehen müssen. Atmosphärische oder Mehrwegeffekte durch Gebäudereflektion können auch heute noch zu Ungenauigkeiten führen, was durch eine intelligente Software allerdings bereits gut gefiltert werden kann.

Heute sind somit Genauigkeiten von 15 Metern durchaus normal, mit WAAS/EGNOS sind wie beim späteren Galileo 1 bis 3 Meter möglich.

Mit der permanenten Entwicklung der Computertechnik lässt sich die Technik des Globalen Positionierungs-Systems fast überall nutzen. Wichtig ist nur ein freies Blickfeld zum Himmel. Smart-Phones, Handys, PDAs, portable Navigationssysteme, selbst Uhren können zur Navigation benutzt werden. So haben sich bereits Spiele/Hobbys wie das Geocaching entwickelt, wobei Verstecke (Caches) mit Hilfe von Hinweisen und GPS-Geräten aufgespürt werden müssen.

Zuletzt aktualisiert am 2015-05-27 von Werner Hess.

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