http://www.passionbit.de/joomla

Funktionsweise GPS Drucken E-Mail
GPS
Prinzip der Ortung und Navigation mit Satelliten
  

Um eine geographische Position zu ermitteln, im Gelände zu navigieren bzw. die exakte Zeit zu bestimmen
(PNT: Positioning, Navigation and Timing) werden oft Satellitensysteme genutzt.

Weltweit sind verschiedene satellitengestützte Positionierungssysteme in Betrieb (z.B. GPS), in Wiederaufbau
(z.B. GLONASS) oder geplant (z.B. GALILEO oder Beidou/Compass).
 

Alle Ortungs- und Navigationssysteme werden unter dem Begriff GNSS (Global Navigation Satellite Systems) zusammengefasst.

Das bekannteste funktionierende System „GPS“ wird hier exemplarisch detailliert vorgestellt.
Mit Satellitennavigation können Koordinaten, Höhe und Zeit bestimmt werden. Mit dem Global Positioning
System (GPS, Verfahren zur weltumfassenden Bestimmung der Position) werden überall auf der Erde folgende zwei Werte (Bild 1) ermittelt:
  1. Der genaue Standort (Koordinaten: geographische Länge, Breite und Höhe) mit einer Genauigkeit im Bereich von ca. 12m bis 1mm.
  2. Die genaue Zeit (Weltzeit: Universal Time Coordinated, UTC) mit einer Genauigkeit im Bereich von 40ns bis zu ca. 5ns.

Aus den Koordinaten und der Zeit können Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung (Kurs) abgeleitet werden.
Koordinaten und Zeit werden mittels 31 Satelliten bestimmt, welche die Erde umkreisen.

 Funktion Satellit

Bild 1: Die grundlegende Funktion von GPS

GPS-Empfänger werden zum Positionieren, Orten, Navigieren, Vermessen und Bestimmen der Zeit benutzt und werden von Privaten (z.B. für Freizeitbetätigung, Trekking, Ballonflüge, Skitouren, etc.) wie auch von Betrieben (Vermessung, Zeitbestimmung, Navigation, Fahrzeugüberwachung, etc.) eingesetzt.

Das Globale Positionierungs System GPS  (die vollständige Bezeichnung  lautet: NAVigation System with Timing And Ranging Global Positioning System,  NAVSTAR-GPS) wurde vom amerikanischen Verteidigungsministerium
(U.S. Department of Defense, DoD) entwickelt und kann von zivilen und militärischen Anwendern genutzt werden.

Das zivile Signal SPS (Standard Positioning Service) ist von der Allgemeinheit frei nutzbar, während das militärische Signal PPS (Precise Positioning Service) nur von autorisierten Stellen genutzt werden darf. Der erste Satellit wurde am 22. Februar 1978 in die Umlaufbahn gebracht. Zurzeit umkreisen 31 aktive Satelliten in einer Höhe von 20'180km auf 6 verschiedenen Bahnen die Erde. Die Bahnen sind um 55° zum Äquator geneigt, womit von jedem Punkt der Erde eine Funkverbindung zu mindestens 4 Satelliten gewährleistet wird.

Jeder Satellit umkreist die Erde in ca. 12h und hat vier Atomuhren an Bord.

Bei der Entwicklung des GPS-Systems wurde auf folgende drei Punkte besonderer Wert gelegt: 

1. Ortung, Geschwindigkeits- und Zeitbestimmung für Nutzer, die sich in Bewegung oder in Ruhe befinden 

2. Ständige, weltweite, wetterunabhängige 3-dimensionale Ortung mit hoher Genauigkeit 

3. Die Möglichkeit der zivilen Nutzung.

Wie bereits erwähnt funktioniert im Jahre 2008 nur das amerikanische Navigationssystem GPS vollumfänglich.

Aber das soll sich ändern: So ist es wahrscheinlich, dass in fünf bis sechs Jahren vier (und evtl. noch mehr) unabhängige Navigationssysteme zur Verfügung stehen. Die USA stellt uns dann weiterhin GPS, die GUS ein funktionierendes GLONASS, die EU GALILEO und China Beidou/Compass zur Verfügung.

Bestehende Systeme wie GPS und GLONASS (im Jahre 2009 noch nicht vollständig ausgebaut) sollen in absehbarer Zeit modernisiert und dadurch zuverlässiger werden.
 
 

Weltzeit