Satellitennavigation – GPS Tracking – So funktioniert es

Die Satellitennavigation basiert auf einem weltweiten Netz von Satelliten, die Funksignale aus einer mittleren Erdumlaufbahn senden. Die meisten Nutzer der Satellitennavigation sind mit den 31 Satelliten des Global Positioning System (GPS) vertraut, die von den Vereinigten Staaten entwickelt und betrieben werden. Drei weitere Konstellationen bieten ebenfalls ähnliche Dienste an. Zusammen werden diese Konstellationen und ihre Erweiterungen als Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) bezeichnet. Bei den anderen Konstellationen handelt es sich um GLONASS, das von der Russischen Föderation entwickelt und betrieben wird, Galileo, das von der Europäischen Union entwickelt und betrieben wird, und BeiDou, das von China entwickelt und betrieben wird. Alle Anbieter haben der internationalen Gemeinschaft die kostenlose Nutzung ihrer jeweiligen Systeme angeboten. Alle Anbieter haben Normen und empfohlene Praktiken der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) entwickelt, um die Nutzung dieser Konstellationen in der Luftfahrt zu unterstützen.

Das GPS Tracking bietet den Nutzern in 95 % der Zeit eine Genauigkeit von etwa 7,0 Metern an jedem Ort auf oder nahe der Erdoberfläche. Um dies zu erreichen, sendet jeder der 31 Satelliten Signale aus, die es den Empfängern ermöglichen, durch eine Kombination der Signale von mindestens vier Satelliten ihren Standort und ihre Zeit zu bestimmen. Die GPS-Satelliten sind mit Atomuhren ausgestattet, die eine äußerst genaue Zeitangabe liefern. Die Zeitinformationen sind in den vom Satelliten ausgestrahlten Codes enthalten, so dass ein Empfänger kontinuierlich den Zeitpunkt der Ausstrahlung des Signals bestimmen kann. Das Signal enthält Daten, anhand derer ein Empfänger die Positionen der Satelliten berechnet und andere Anpassungen vornimmt, die für eine genaue Positionsbestimmung erforderlich sind.

Der Empfänger verwendet die Zeitdifferenz zwischen dem Empfangszeitpunkt des Signals und dem Sendezeitpunkt, um die Entfernung bzw. den Bereich zwischen dem Empfänger und dem Satelliten zu berechnen. Dabei muss der Empfänger Ausbreitungsverzögerungen oder Verringerungen der Signalgeschwindigkeit berücksichtigen, die durch die Ionosphäre und die Troposphäre verursacht werden. Mit den Informationen über die Entfernungen zu drei Satelliten und die Position des Satelliten zum Zeitpunkt der Aussendung des Signals kann der Empfänger seine eigene dreidimensionale Position errechnen. Für die Berechnung der Entfernungen aus diesen drei Signalen ist eine mit GPS synchronisierte Atomuhr erforderlich. Durch die Messung von einem vierten Satelliten kann der Empfänger jedoch auf eine Atomuhr verzichten. Somit verwendet der Empfänger vier Satelliten zur Berechnung von Breitengrad, Längengrad, Höhe und Zeit.

– GPS – Wie es funktioniert

Seit der Antike blicken die Menschen zum Himmel, um ihren Weg zu finden. Die Seefahrer der Antike nutzten die Sternbilder am Nachthimmel, um herauszufinden, wo sie sich befanden und wohin sie fuhren.

Heute brauchen wir nur noch einen einfachen GPS-Empfänger (kurz für Global Positioning System), um herauszufinden, wo auf der Welt wir uns gerade befinden. Aber wir brauchen immer noch Objekte hoch oben am Himmel, um herauszufinden, wo wir sind und wie wir an andere Orte gelangen.

Anstelle von Sternen verwenden wir Satelliten. Über 30 Navigationssatelliten kreisen hoch über der Erde. Diese Satelliten können uns genau sagen, wo wir sind.

GPS ist ein System. Es setzt sich aus drei Teilen zusammen: Satelliten, Bodenstationen und Empfängern.

Die Satelliten funktionieren wie die Sterne in Sternbildern – wir wissen, wo sie sich zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden sollen.

Die Bodenstationen verwenden Radar, um sicherzustellen, dass sie sich tatsächlich dort befinden, wo wir sie vermuten.

Ein Empfänger, wie Sie ihn z. B. in Ihrem Telefon oder im Auto Ihrer Eltern finden, sucht ständig nach einem Signal von diesen Satelliten. Der Empfänger findet heraus, wie weit er von einigen dieser Satelliten entfernt ist.

Sobald der Empfänger die Entfernung zu vier oder mehr Satelliten berechnet hat, weiß er genau, wo Sie sich befinden. Und los geht’s! Aus einer Entfernung von mehreren Kilometern im Weltraum kann Ihre Position auf dem Boden mit unglaublicher Präzision bestimmt werden! In der Regel können sie Ihren Aufenthaltsort bis auf wenige Meter genau bestimmen. Hightech-Empfänger können Ihren Standort sogar bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen!

Die alten Seefahrer der Geschichte wären verblüfft über die Geschwindigkeit und Leichtigkeit, mit der man heute seinen Standort bestimmen kann.

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