GPS

GPS (engl.: Global Positioning System) ist ein System zur Positions- und Zeitbestimmung anhand spezieller Signale, die von den GPS-Satelliten gesendet werden. GPS findet in unterschiedlichen Bereichen Anwendung: im Straßenverkehr bei Navigationssystemen, im Luft- und Schiffsverkehr, für militärische Zwecke, in der Vermessungstechnik, der Landwirtschaft und bei Bauunternehmungen. Die meisten modernen Smartphones sind ebenfalls mit einem GPS-Receiver ausgestattet und stellen umgebungsabhängige Suchfunktionen bzw. Angebote zur Verfügung.

Hauptbestandteil der GPS-Technologie sind eine Reihe von 24 und mehr Satelliten, die die Erde in gleichmäßigen Bahnen umkreisen. Jeder Satellit ist mit mehreren Atomuhren ausgestattet und ist anhand von Laufzeitunterschieden in den Funksignalen anderer GPS-Satelliten in der Lage, die eigene Position zu bestimmen. Diese und ein Zeitsignal sendet jeder Satellit als GPS-Signal kodiert an die GPS-Receiver auf der Erde. Dort wird wiederum anhand der Laufzeitunterschiede von mindestens drei Satelliten die eigene Position bestimmt und auf Längen- und Breitengrad umgerechnet.

Ein Rückkanal zum Satellit besteht (für Endanwender) nicht und auch die Kartendaten oder die Navigationsberechnung erfolgt vollständig auf dem Navigationsgerät selbst. Die eigentliche Technologie von GPS ist also eine reine Lokalisierungs-Technologie. Der Begriff "Satelliten-Navigationssystem" ist also nicht ganz korrekt, bzw. nur eine verkürzte Form von "satellitengestützes Navigationssystem".

Das GPS-Signal beinhaltet zweierlei Modi, von denen einer für die zivile Nutzung freigeben ist und eine Genauigkeit von üblicherweise rund 10 Metern bietet. Die militärische Codierung verfügt über eine noch höhere Auflösung und ist dank des breiten Übertragungsbandes unabhängig des zivilen Nutzungsbereichs verfügbar. Dies ermöglicht die Störung des "öffentlichen" GPS, bspw. während Kampfeinsätzen, ohne dass die eigenen (US-Streitkräfte oder Verbündete) Truppen auf die Lokalisierungstechnologie verzichten müssten.

Die Positionsbestimmung nur durch GPS kann mitunter sehr lange dauern, wenn z.B. länger kein Satellitenempfang aktiviert war. Das hängt damit zusammen, dass es mitunter mehrere Minuten braucht, um die Bahndaten (Almanach) der Satelliten zu übertragen. Diese helfen dem Navigationsgerät, Position und Richtung der Satelliten schneller zu bestimmen. Sind die Bahndaten gespeichert, gelingt die Positionsbestimmung meist in unter 30 Sekunden. Moderne Navigationssysteme schaffen hier Abhilfe, indem sie das eigentliche GPS-Signal um Daten aus dem GSM-Funknetz zur Positionsbestimmung ergänzen. Dieses A-GPS (Assisted-GPS), das neben der Positionsbestimmung durch die Mobilfunkzellen auch auf Daten von GPS-Referenzantennen zurückgreift, findet sich in den meisten Smartphones mit GPS und sehr vielen Navigationsgeräten.

Schon frühe Navigationssysteme beruhten auf der Messung unterschiedlicher Signale. So wurden bei der Hyperbelnavigation die unterschiedlichen Signalstärken zweier Sender ausgewertet oder unter Ausnutzung des Dopplereffekts Entfernungsmessungen durchgeführt und anhand von Triangulation in Positionsdaten umgerechnet. Ab 1958 wurde von der US-Marine das erste Satellitennavigationssystem Transit entwickelt und schrittweise ab 1978 durch das digitale GPS ersetzt. Konkurrierende Satelliten-Ortungssysteme sind Compass (China, nur in Asien nutzbar), Galileo (EU, global nutzbar ab 2020) und GLONASS (Russland, weltweit nutzbar).