GPS erklärt

Funktionsweise des GPS

GPS ist eine Konstellation aus 27 solarbetriebenen Satelliten, die die Erde auf nahezu perfekten Kreisbahnen in einer Höhe von ungefähr 20.000 km umkreisen. Die Umlaufbahnen sind so angeordnet, dass an jedem Punkt der Erde mindestens 4 der 24 aktiven Satelliten „sichtbar“ sind. 3 der 27 Satelliten, die sich derzeit auf der Umlaufbahn befinden, sind Ersatzsatelliten, die sofort aktiviert werden können, wenn ein anderer Satellit ausfällt.

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Jeder Satellit sendet ein elektromagnetisches Signal (einen Mikrowellenstrahl), das jedem empfangsbereiten Empfänger seine Anwesenheit mitteilt. GPS-Geräte empfangen daher zu jeder Zeit Signale von vier Satelliten. Integrierte Computer verwenden diese Signale, um den exakten Abstand zwischen dem Benutzer und den vier Satelliten zu berechnen und anschließend aufgrund dieses Abstands seine exakte Position auf der Erde bis auf wenige Meter genau zu bestimmen.

Für diese Trilaterationsberechnung, der Berechnung des Benutzerstandorts auf der Basis seiner Entfernung zu drei Satelliten, sind tatsächlich nur drei Satelliten notwendig. Das Signal des vierten Satelliten ist redundant und dient zur Bestätigung des Ergebnisses der ersten Berechnung. Wenn die Position, die auf der Basis der Entfernung zu den Satelliten A, B und C berechnet wurde, nicht mit der Position übereinstimmt, die auf der Basis der Entfernung zu den Satelliten A, B und D berechnet wurde, werden weitere Kombinationen überprüft, bis ein übereinstimmendes Ergebnis erreicht ist.

Die Messung der Entfernung zwischen Satellit und GPS-Empfänger erfolgt auf der Grundlage zeitlich festgelegter Signale. Die Satelliten könnten beispielsweise um exakt 16:45 Uhr mit der Signalübertragung beginnen. Der GPS-Empfänger führt um 16:45 Uhr lokale Zeit die gleiche Sequenz aus, überträgt diese jedoch nicht. Der Empfänger empfängt die Signale von den verschiedenen Satelliten in gewissen Zeitabständen, da die Mikrowellen trotz Lichtgeschwindigkeit den Bruchteil einer Sekunde benötigen, um die Strecke zwischen Satellit und Empfänger zurückzulegen. Dieser Zeitabstand kann leicht in die Entfernung zu jedem Satelliten umgerechnet werden. Die geringen Unterschiede zwischen den Signalen werden anschließend zur Berechnung der Position des Empfängers verwendet.