Das Global Positioning System (GPS) ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, das aus einem Netzwerk von 24 Satelliten besteht, die von dem US-Verteidigungsministerium in den Orbit gebracht wurden. GPS war ursprünglich für militärische Anwendungen gedacht, aber in den 1980er Jahren stellte die Regierung das System für die zivile Nutzung zur Verfügung. GPS funktioniert bei allen Wetterbedingungen, überall auf der Welt, 24 Stunden am Tag. Es fallen keine Abonnementgebühren oder Einrichtungsgebühren für die Nutzung von GPS an.
Wie funktioniert GPS?
Satelliten des Global Positioning Systems senden Signale an Geräte auf dem Boden. GPS-Empfänger empfangen passiv Satellitensignale; sie senden nicht. GPS-Empfänger benötigen eine ungehinderte Sicht auf den Himmel, weshalb sie nur im Freien verwendet werden und oft nicht gut in bewaldeten Gebieten oder in der Nähe hoher Gebäude funktionieren. Die GPS-Operationen hängen von einer sehr genauen Zeitreferenz ab, die von Atomuhren am US Naval Observatory bereitgestellt wird. Jeder GPS-Satellit hat Atomuhren an Bord.
Jeder GPS-Satellit überträgt Daten, die seinen Standort und die aktuelle Zeit anzeigen. Alle GPS-Satelliten synchronisieren ihre Operationen, sodass diese sich wiederholenden Signale im selben Moment übertragen werden. Die Signale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, erreichen einen GPS-Empfänger zu leicht unterschiedlichen Zeiten, da einige Satelliten weiter entfernt sind als andere. Die Entfernung zu den GPS-Satelliten kann bestimmt werden, indem man die Zeit schätzt, die ihre Signale benötigen, um den Empfänger zu erreichen. Wenn der Empfänger die Entfernung zu mindestens vier GPS-Satelliten schätzt, kann er seine Position in drei Dimensionen berechnen.
Es gibt jederzeit mindestens 24 betriebsbereite GPS-Satelliten. Die Satelliten, die von der US-Luftwaffe betrieben werden, umkreisen die Erde mit einer Periode von 12 Stunden. Bodenstationen werden verwendet, um die Umlaufbahn jedes Satelliten präzise zu verfolgen.
Position bestimmen?
Ein GPS-Empfänger “weiß” die Position der Satelliten, da diese Informationen in den Satellitensignalen enthalten sind. Indem er schätzt, wie weit ein Satellit entfernt ist, “weiß” der Empfänger auch, dass er sich irgendwo auf der Oberfläche einer imaginären Kugel befindet, die im Zentrum des Satelliten liegt. Er bestimmt dann die Größen mehrerer Kugeln, eine für jeden Satelliten. Der Empfänger befindet sich dort, wo sich diese Kugeln schneiden.
Wie genau ist GPS?
GPS beantwortet fünf Fragen gleichzeitig:
“Wo bin ich?”
“Wohin gehe ich?”
“Wo bist du?”
“Was ist der beste Weg dorthin?”
”Wann werde ich dort ankommen?”
GPS ist das einzige System heute, das Ihre genaue Position auf der Erde jederzeit, bei jedem Wetter, egal wo Sie sind, anzeigen kann!
Die Genauigkeit einer mit GPS bestimmten Position hängt vom Typ des Empfängers ab. Die meisten tragbaren GPS-Geräte haben eine Genauigkeit von etwa 10-20 Metern. Andere Arten von Empfängern verwenden eine Methode namens Differential GPS (DGPS), um eine viel höhere Genauigkeit zu erzielen. DGPS erfordert einen zusätzlichen Empfänger, der an einem bekannten Standort in der Nähe fixiert ist. Beobachtungen, die vom stationären Empfänger gemacht werden, werden verwendet, um die Positionen der fahrenden Einheiten zu korrigieren, was eine Genauigkeit von mehr als 1 Meter ergibt.
Als das System geschaffen wurde, wurden Timing-Fehler in die GPS-Übertragungen eingefügt, um die Genauigkeit nicht-militärischer GPS-Empfänger auf etwa 100 Meter zu begrenzen. Dieser Teil der GPS-Operationen, der als Selektive Verfügbarkeit bezeichnet wird, wurde im Mai 2000 abgeschafft.
GPS-Entwicklung:
GPS wurde vom US-Militär entwickelt. Das Konzept begann Ende der 60er Jahre, aber der erste Satellit wurde erst im Februar 1978 gestartet. 1989 stellte die Magellan Corp. den ersten tragbaren GPS-Empfänger vor. 1992 wurde GPS in der Operation Desert Storm eingesetzt. Im März 1996 entschied der Präsident, GPS für zivile Nutzer kostenlos zu machen.
GPS-Systembeschreibung:
GPS hat drei Segmente:
Das Weltraumsegment besteht jetzt aus 28 Satelliten, die sich jeweils in einer eigenen Umlaufbahn etwa 11.000 Seemeilen über der Erde befinden.
Das Benutzersegment besteht aus Empfängern, die Sie in der Hand halten oder in Ihrem Auto montieren können.
Das Kontrollsegment besteht aus Bodenstationen (fünf davon, die weltweit verteilt sind), die sicherstellen, dass die Satelliten ordnungsgemäß funktionieren.
Segmente des GPS-Systems
GPS für zivile Nutzung
Zunächst wollte das Militär den Zivilisten die Nutzung von GPS nicht erlauben, aus Angst, dass Schmuggler, Terroristen oder feindliche Kräfte es nutzen würden. Schließlich gab das Verteidigungsministerium dem Druck der Unternehmen nach, die die Geräte gebaut hatten, und stellte GPS für nicht-militärische Zwecke mit einigen Einschränkungen zur Verfügung. Am 1. Mai 2000 hob Präsident Clinton die Einschränkungen auf und kündigte an, dass die Möglichkeit, zivile GPS-Signale während Notfällen zu verschlechtern, bis 2010 abgeschafft werden würde. Die Bundesregierung verpflichtet sich, GPS-Technologie für friedliche Zwecke weltweit kostenlos zur Verfügung zu stellen.