GPS – Global Positioning System

Globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung und Zeitmessung.

 

Geschichte

1970er-Jahren vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und löste ab 1985 das alte (Transit) der US-Marine ab.

 

 

Alternativen
GLONASS – Russland

Galileo – EU und Europäische Weltraumorganisation

MTSAT – Japan

Compass – China

 

 

Anwendung

Militär

Ursprünglich für den militärischen Bereich vorgesehen. Ein Vorteil ist dabei, dass GPS-Geräte nur Signale empfangen und nicht senden. So kann navigiert werden ohne dass der Feind Informationen über den eigenen Standort erhält

Infrarot, Gammastrahlung, EMP Sensoren zur Registrierung von Atombombenexplosionen und Starts von Interkontinentalraketen

 

Zivil

Flottenmanagement von Verkehrsbetrieben und des Transportwesens zu Land und auf Wasser/See

 

 

Datenschutz

Der Aufenthaltsort des Trägers eines GPS-Empfängers lässt sich, da die Geräte momentan nur passiv arbeiten und keine Signale senden, nicht verfolgen. Für eine GPS-Überwachung benötigt man eine Kombination aus einem passiven GPS-Empfänger mit einem aktiven Sender, der die ermittelten Positionsdaten an Dritte weitergibt.

 

 

Satelliten

Derzeit sind 32 Satelliten auf 20.000 km im Umlauf (Stand Juni 2008).

Ein Satellit ist täglich zweimal über demselben Punkt der Erde und jeden Tag etwa vier Minuten früher auf dieser Position.

Er hat eine erwartete Lebensdauer von 7,5 Jahren (meist länger)

 

 

Funktionsweise der Ortungsfunktion

Theoretisch reichen die Signale von drei Satelliten aus um die genaue Position zu bestimmen. In der Praxis haben aber GPS-Empfänger keine Uhr, die genau genug ist, um die Laufzeiten korrekt messen zu können. Deshalb wird das Signal eines vierten Satelliten benötigt, mit dem dann auch die genaue Zeit im Empfänger bestimmt werden kann.

 

 

Übertragenes Signal

In den verwendeten Frequenzbereichen breitet sich die elektromagnetische Strahlung ähnlich wie sichtbares Licht fast geradlinig aus, wird dabei aber durch Bewölkung oder Niederschlag nur wenig beeinflusst.

Enthält alle wichtigen Informationen zum Satelliten, Datum, Identifikationsnummer, Korrekturen, Bahnen, aber auch den Zustand. Bahndaten der Satelliten. Die Almanach-Daten enthalten Bahndaten aller Satelliten.

 

 

Genauigkeit

Militär – Precise Positioning Service (PPS)

1-10 Meter. In Krisen- bzw. Kriegsgebieten soll eine künstliche Verschlechterung durch lokale Störung des Empfangs verwirklicht werden.

 

Zivil – Standard Positioning Service (SPS)

Im Mai 2000 wurde eine künstliche Ungenauigkeit vom US-Militär abgeschaltet; davor betrug die Genauigkeit 100. Nun knapp 10 Meter.

 

 

Störquellen

Störsender:
Allerdings könnten die USA aus politischen Gründen auch das GPS-Signal verzerren oder für eine unbestimmte Zeit in einigen Gebieten auf der Welt das Signal abschalten.

Sonneneruptionen:
In den vergangenen Jahren waren diese geomagnetischen Stürme wenig ausgeprägt, sie sollen jedoch bis 2014 wieder zunehmen.

Schneefall:
Sonstige Wetterverhältnisse, wie Regen und Nebel, beeinträchtigen den Empfang normalerweise jedoch nicht.

 

 

Differential-GPS
Simultan mehrere GPS-Empfänger einsetzen, um die Genauigkeit zu erhöhen. Daher werden die zu einem bestimmten Zeitpunkt wirksamen Fehler durch die Differenz eliminiert.

 

 

Der Effekt der Relativität der Zeit

Das höhere Gravitationspotenzial in der Satellitenbahn lässt die Zeit schneller vergehen, die Bahnbewegung der Satelliten relativ zu einem ruhenden Beobachter auf der Erde verzögert sie. In einer Flughöhe von ca. 3.000 km heben sich beide Effekte gerade auf, in der GPS-Satellitenbahn überwiegt der gravitative Effekt um mehr als das 6-fache. Auf den Satelliten geht damit die Zeit vor.

 

Ohne mathematische Korrektur würde der Messfehler von bis zu 12 km täglich betragen.

Ein solcher Fehler würde aber nur dann auftreten, wenn die Positionsbestimmung anhand eines Uhrenvergleichs mit dem Empfänger erfolgte.Gewöhnliche GPS-Empfänger sind aber nicht mit einer Atomuhr ausgestattet. Stattdessen wird die präzise Zeit am Empfangsort aus dem Satellitensignal bestimmt.