GPS

GPS ist die Abkürzung für Global Positioning System und beschreibt ein globales Navigationssatellitensystem, welches zur Positionsfeststellung sowie zur Zeitmessung eingesetzt wird. Entwickelt wurde GPS bereits ab den 1970er Jahren vom US-Verteidigungsministerium. Im Jahre 1985 löste es dann das bis dahin verwendete Satellitennavigationssystem NNSS der US-Marine ab. Etwa seit Mitte der 1990er Jahre ist GPS komplett funktionsfähig, wobei es erst seit Mitte 2000 auch für zivile Zwecke genutzt wird.

Einsatzgebiete

Ursprünglich war die GPS-Technik ausschließlich für militärische Zwecke zum Einsatz in Waffensystemen, Schiffen und Flugzeugen vorgesehen. Der große Vorteil dabei ist, dass GPS-Signale ausschließlich empfangen und nicht gesendet werden. Auf diese Weise lässt sich navigieren, ohne dass der Feind die eigene Position dabei feststellen kann. Heute wird die GPS-Technik für eine Vielzahl von zivilen Zwecken eingesetzt. So funktionieren beispielsweise die Navigationssysteme in Fahrzeugen ausschließlich mittels GPS. Weitere Einsatzgebiete sind die Positionsbestimmung und -verfolgung im Rettungs- und Feuerwehrdienst, in der Luft- und Seefahrt oder auch im öffentlichen Personenverkehr. Smartphone Anwendungen wie Google-Maps funktionieren ebenfalls mit der GPS-Technik. Dabei wurde für die Anwendung in Mobiltelefonen der Standard A-GPS entwickelt. Neben der Position lässt sich mit einem GPS-Empfänger auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen.

Aufbau und Funktionsweise

Die GPS-Technik macht sich Satelliten zunutze, welche über kodierte Radiosignale permanent die aktuelle Position sowie die Uhrzeit ausstrahlen. Aus diesen Signallaufzeiten können GPS-Empfänger nun ebenfalls die eigene Position sowie die Geschwindigkeit berechnen. Hierzu reichen theoretisch gesehen bereits die Signale von drei Satelliten aus. Diese müssen sich oberhalb des Abschaltwinkels befinden, da dies erforderlich ist, um die genaue Höhe und Position zu bestimmen. Da die GPS-Empfänger in der Praxis über keine Uhr verfügen, wird noch ein vierter Satellit benötigt, mit dem sich auch die genaue Zeit des Empfängers bestimmen lässt. Damit der GPS-Empfänger jederzeit mit vier Satelliten Kontakt halten kann, werden insgesamt 24 Satelliten für die GPS-Technik eingesetzt.

Genauigkeit der Positionsbestimmung

Bei der GPS-Technik werden zwei verschiedene Dienstklassen unterschieden. Der Standard Positioning Service(SPS) steht grundsätzlich jedermann zur Verfügung und erreicht eine horizontale Genauigkeit von 15 Metern. Nachdem vermehrt ältere Satelliten durch neue ausgetauscht werden, hat sich die Genauigkeit in den letzten Jahren auf 7,8 Meter verbessert. Allerdings gilt dies nur bei einer störungsfreien Übertragung der Signale. Möglich sind beispielsweise Empfänger- und Umgebungsfehler wie Empfängerrauschen, Troposphären Fehler, Softwarefehler, Mehrwegesignale usw. Beim Militär wird der Precise Positioning Service (PPS) eingesetzt. Dabei werden die Signale verschlüsselt übertragen, wobei eine Genauigkeit von etwa 5 Metern garantiert wird. Durch den Einsatz von DGPS(Differential Global Positioning System) kann die Genauigkeit auf 0,01-5 Meter erhöht werden. Dies geschieht durch weitere, auf dem Boden installierte, sogenannte Referenzstationen, welche ein Korrektursignal ausstrahlen, das das herkömmliche GPS-Signal von den atmosphärischen Störungen bereinigt an die GPS-Einheiten weiterleitet.