Gewusst: Wie funktioniert die GPS-Ortung?
Die Abkürzung GPS steht für Global Positioning System. Dabei handelt es sich um ein Ortungssystem, welches von verschiedenen Geräten genutzt werden kann, wie beispielsweise dem Smartphone oder dem Navigationssystem im Auto. Obwohl es unterschiedliche Ortungssysteme gibt, ist GPS das bekannteste, das aktuell die beste Flächendeckung aufweist.
Ortung per Satellit: So funktioniert GPS
Das Ortungssystem NAVSTAR GPS setzt auf die Signale von Satelliten, die die Erde auf ihrer Umlaufbahn umkreisen. Damit das Satellitensignal genutzt werden kann, sind einerseits Empfangsantennen auf der Erde notwendig sowie GPS-fähige Geräte. Während die Satelliten die Erde umkreisen, übermitteln sie permanent ihre aktuelle Position. Die dabei verwendeten Radiosignale treffen auf das GPS-fähige Gerät, also den Empfänger.
Damit der genaue Standort des Gerätes auf der Erde ermittelt werden kann, sind die Signale von insgesamt drei Satelliten notwendig. Sind drei Satelliten sichtbar, kann anhand der Länge der Radiowellen die Position auf der Erde bestimmt werden. Besser sind jedoch vier Satelliten. Anhand des vierten kann die Position auch noch verifiziert werden.
Wie genau GPS ist, hängt von dem Verwendungszweck ab
Theoretisch ist der Standort umso genauer, je mehr GPS-Signale von dem Gerät empfangen werden können. Demnach lässt sich die Position mit fünf sichtbaren Satelliten exakter bestimmen als mit drei. Generell werden ein GPS-fähiges Gerät, eine Antenne, eine Quarzuhr, ein Prozessor und Speicher benötigt, damit das GPS-Signal verarbeitet werden kann. Mittlerweile können moderne GPS-Empfänger mit bis zu zwölf Signalen arbeiten. Kann das Gerät auf weitere Ortungssysteme wie GLONASS (Russland), Galileo (Europa) oder Beidou (China) zugreifen, werden zusätzliche Radiowellen empfangen. In der Theorie steigt dadurch die Sichtbarkeit, wodurch eine noch genauere Ortung möglich sein sollte.
Allerdings hängt die Genauigkeit der empfangenen Ortungsdaten von deutlich mehr Faktoren ab. Während die Ortung prinzipiell im Millimeterbereich möglich ist, können zivile Nutzer nicht auf eine derart hohe Standortgenauigkeit zugreifen. Auch ist die Verweildauer an einem Ort sowie die verwendete GPS-Technologie ausschlaggebend für die Genauigkeit. So ist beispielsweise mit D-GPS eine deutlich höhere Ortungsgenauigkeit zu erzielen. Die Standortgenauigkeit eines modernen Smartphones liegt zwischen 5 und 10 Metern, während mit speziellen Messgeräten eine genaue Lokalisierung im Zentimeterbereich erzielt werden können. Noch genauere Ortungen sind ausschließlich dem Militär vorbehalten.
Die Sichtbarkeit zum Satelliten ist unter freiem Himmel am besten. Stehen weder Bäume noch Gebäude im Weg und ist der Himmel klar, ist die Verfügbarkeit im Breitengrad, in dem Deutschland liegt, hervorragend. Durch äußere Einflüsse wird diese Genauigkeit jedoch gestört. Bei Satelliten- oder Uhrenfehlern ist mit besonders starken Abweichungen der Standortbestimmung zu rechnen.
Beton und Steinwände sind ebenfalls hinderlich, da sie die Signale nur schwach durchlassen. Deshalb kann beispielsweise in einem Tunnel keine Verbindung zum Satelliten gehalten werden. Der Fehler wird durch Korrekturdienste ausgeglichen. Ein solcher Korrekturdienst ist EGNOS (European Geostationary Navigation Overall Service, ein europäisches Differential Global Positioning System als Erweiterung zur Satellitennavigation). Die Daten des Dienstes werden standardmäßig von jedem GPS Chip empfangen. Schwieriger als Beton gestalten sich jedoch Glasfassaden. Deshalb muss in Großstädten mit vielen verglasten Hochhäusern besonders stark korrigiert werden. Trifft eine Radiowelle in einem unpassenden Winkel auf das Glas, wird sie gespiegelt und an das nächste Hochhaus geworfen, wo sie erneut gespiegelt werden könnte. Dadurch addiert sich die Wellenlänge.
Verschiedene Systeme zur Positionsbestimmung
Das Ziel der GPS-Ortung ist es, eine bestimmte Position auf der Erde zu bestimmen. Die Navigation, die durch die Satellitentechnologie ermöglicht wird, ist hingegen ein angenehmer und nützlicher Nebeneffekt. Dabei wird GPS meist als Synonym für jegliche Art der Standortbestimmung genutzt. Tatsächlich handelt es sich beim GPS um das NAVSTAR GPS, welches bereits in den 1970er-Jahren vom US-Militär entwickelt wurde. Seit Mitte der 90er-Jahre ist es voll funktionsfähig und für die zivile Nutzung bereitgestellt.
Es gibt jedoch weitere Systeme zur Positionsbestimmung. Dazu zählt beispielsweise GLONASS, dass seit 2012 den zivilen Zugriff auf die Ortungsdaten gestattet. Aus Europa stammt das System Galileo, aus China das System Beidou. Nicht jeder Empfänger kann dabei auf jedes Satellitensystem zugreifen.
Je nachdem, wo man sich gerade auf der Welt befindet, sind die einzelnen Systeme unterschiedlich stark verfügbar. In den USA und Zentraleuropa beispielsweise ist eine hohe GPS-Verfügbarkeit vorhanden. Je weiter man sich jedoch in den Norden begibt, desto schwieriger gestaltet sich die Ortung mithilfe von NAVSTAR GPS. So ist für die nördlichen Gebiete Russlands oder Nordskandinavien GLONASS flächendeckender verfügbar.
