GPS erklärt

Welche Signale verwendet GPS?

Derzeit umkreisen 27 GPS-Satelliten die Erde. 24 von ihnen sind aktiv, die drei anderen sind Ersatzsatelliten zur Absicherung. Jeder Satellit überträgt regelmäßig ein GPS-Signal, das von Radiowellen im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums getragen wird.

Jeder GPS-Satellit sendet kontinuierlich eine Navigationsmeldung mit 50 Bit/s auf einer Mikrowellenträgerfrequenz von ungefähr 1600 MHz. Ultrakurzwellen werden dagegen mit einer Frequenz von 87,5 bis 108,0 MHz übertragen. Wi-Fi-Netzwerke beispielsweise arbeiten hingegen mit einer Frequenz zwischen 5.000 MHz und 2.400 MHz. Genauer gesagt übertragen alle Satelliten mit einer Frequenz von 1575,42 MHz (L1-Signal) und 1227,6 MHz (L2-Signal).

Das GPS-Signal überträgt die exakte „Zeit der Woche“ gemäß der Atomuhr, die sich im Satelliten befindet, sowie die GPS-Wochennummer und Zustandsinformationen des Satelliten, so dass dieser nicht berücksichtigt wird, wenn er falsche Daten liefert. Jede Übertragung dauert 30 Sekunden und enthält 1.500 Bit verschlüsselte Daten. Dieser kleine Teil der Daten ist mit einer hochleistungsfähigen pseudo-zufälligen Sequenz (PRN, Pseudo Random Number) verschlüsselt, die bei jedem Satelliten anders ist. GPS-Empfänger kennen den PRN-Code jedes Satelliten und können so nicht nur das Signal decodieren, sondern auch zwischen den einzelnen Satelliten unterscheiden.

Die Übertragungen sind zeitlich so aufeinander abgestimmt, dass sie genau zu vollen und halben Minuten der Atomuhr des Satelliten beginnen. Der erste Teil des GPS-Signals teilt dem Empfänger das Verhältnis zwischen der Uhr des Satelliten und der GPS-Zeit mit. Der folgende Datenbereich nennt dem Empfänger die exakten Informationen zur Umlaufbahn des Satelliten.