GPS

GPS ist die Abkürzung für Global Positioning System. Sein offizieller Name lautet NAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System). Es war das erste globale Satellitennavigationssystem, das weltweit verfügbar wurde, und ist heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken.

Wer betreibt GPS?

GPS wird vom US-Verteidigungsministerium finanziert und betrieben. Es wurde ursprünglich für rein militärische Zwecke konzipiert, um den US-Streitkräften eine präzise und wetterunabhängige Navigation und Positionierung überall auf der Welt zu ermöglichen. Obwohl es weiterhin vom Militär kontrolliert wird, steht es seit den 1980er Jahren auch für die zivile Nutzung weltweit kostenlos zur Verfügung.

Wie funktioniert GPS?

Das Grundprinzip von GPS beruht auf der Laufzeitmessung von Signalen. So funktioniert es vereinfacht:

Satellitenkonstellation: Eine Konstellation von derzeit rund 31 aktiven GPS-Satelliten umkreist die Erde in einer Höhe von etwa 20.200 km. Von jedem Punkt der Erde aus sind immer mindestens vier Satelliten "sichtbar".
Aussenden von Signalen: Jeder Satellit sendet kontinuierlich Signale aus, die zwei wichtige Informationen enthalten: seine genaue Position und die exakte Uhrzeit, zu der das Signal gesendet wurde. Diese Zeitmessung wird durch extrem präzise Atomuhren an Bord der Satelliten sichergestellt.
Empfang der Signale: Ein GPS-Empfänger (z.B. im Smartphone oder Auto) empfängt die Signale von mehreren Satelliten.
Entfernungsberechnung: Der Empfänger misst die Zeit, die das Signal vom Satelliten bis zu ihm gebraucht hat. Da sich das Signal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, kann er aus dieser Zeitdifferenz die genaue Entfernung zum jeweiligen Satelliten berechnen.
Positionsbestimmung: Um die eigene Position (Längengrad, Breitengrad und Höhe) zu bestimmen, benötigt der Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten. Mit den Entfernungen zu drei Satelliten könnte man theoretisch die Position auf einer Kugeloberfläche bestimmen, das vierte Signal ist jedoch notwendig, um Ungenauigkeiten der viel einfacheren Uhr im Empfänger zu korrigieren und die Höhe exakt zu bestimmen.

Dienste und Genauigkeit: Zivil vs. Militär

GPS sendet verschiedene Signale für zivile und militärische Nutzer.

Ziviler Dienst (Standard Positioning Service - SPS): Dies ist der Dienst, den wir alle täglich nutzen. Nach der Abschaltung einer künstlichen Signalverschlechterung (genannt "Selective Availability") im Jahr 2000 liegt die Genauigkeit für zivile Nutzer typischerweise bei 3 bis 10 Metern.

Militärischer Dienst (Precise Positioning Service - PPS): Dieser Dienst ist verschlüsselt und nur für autorisierte Nutzer (US-Militär und Verbündete) zugänglich. Er bietet eine höhere Genauigkeit und ist störungsresistenter.

Geschichte und Entwicklung

1973: Das US-Verteidigungsministerium startet das GPS-Programm.
1978: Der erste experimentelle GPS-Satellit wird gestartet.
1983: Nach dem Abschuss eines südkoreanischen Passagierflugzeugs, das vom Kurs abgekommen war, gibt US-Präsident Ronald Reagan GPS für die zivile Nutzung frei, um solche Katastrophen zukünftig zu vermeiden.
1995: Das System erreicht seine volle operative Einsatzbereitschaft.
2000: Die künstliche Signalverschlechterung "Selective Availability" wird abgeschaltet, was die Genauigkeit für zivile Nutzer von ca. 100 Metern auf wenige Meter schlagartig verbessert.

Das System wird kontinuierlich modernisiert. Neuere Satellitengenerationen (GPS III) werden gestartet, um die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Störsicherheit für alle Nutzer weiter zu verbessern.