GPS erklärt

Was ist Trilateration?

Trilateration wird von GPS-Empfängern verwendet, um ihre Position auf der Erdoberfläche zu bestimmen. Die Empfänger gleichen dazu die Signale von drei Satelliten im Global Positioning System (GPS) zeitlich ab. Das GPS ist ein Netzwerk von Satelliten auf einer Erdumlaufbahn, die Signale an GPS-Empfänger senden und an diese genaue Informationen hinsichtlich ihres Standorts, der Tageszeit und der Geschwindigkeit übermitteln, mit der sich die Empfänger fortbewegen.

Jeder Satellit in der GPS-Konstellation sendet neben einem Zeitsignal weitere Signale in regelmäßigen Abständen aus. GPS-Geräte empfangen diese Signale und berechnen anschließend die Entfernung zwischen dem Gerät und den verschiedenen Satelliten. Dies geschieht auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen der Zeit, zu der das Signal gesendet, und der Zeit, zu der das Signal empfangen wurde. Bei den Signalen handelt es sich um eine Art Radiowellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Da die Satelliten sich jedoch in einer Höhe von Zehntausenden Kilometern über der Erde befinden, ergibt sich dennoch eine Zeitverzögerung.

Sobald ein GPS-Gerät die Entfernung zu mindestens drei Satelliten berechnet hat, kann es mit der Trilaterationsberechnung beginnen. Trilateration funktioniert ähnlich wie die Ermittlung einer Position auf einer Karte mittels Kompass, wenn die genaue Entfernung zu drei unterschiedlichen Punkten bekannt ist. Der Benutzerstandort befindet sich genau dort, wo sich drei Kreise schneiden, bei denen der Mittelpunkt die jeweiligen Punkte sind und der jeweilige Radius der Entfernung zwischen dem Benutzer und dem Punkt entspricht.

In der GPS-Version wird diese Berechnung dreidimensional mittels vorgestellter 3D-Kompasse vorgenommen, so dass der Benutzerstandort sich dort befindet, wo drei Sphären mit einem Radius, der dem Abstand zwischen dem Benutzer und dem jeweiligen Satelliten entspricht, sich überschneiden. Wenn das GPS-Gerät einen vierten Satelliten empfangen kann, kann die Berechnung nochmals verifiziert werden.

Die gesamte Berechnung erfolgt äußerst schnell, so dass das GPS-Gerät seine Position, Höhe (wenn es sich in einem Flugzeug befindet), seine Geschwindigkeit und die Richtung, in die es sich bewegt, bestimmen kann.