- GPS: Satelliten ermitteln den Standort
- GPS: Satelliten ermitteln den StandortDas GPS (englisch Global Positioning System) ist ein weltweit genutztes Satellitennavigationssystem, das für jeden Punkt auf der Erde eine sehr genaue Standortbestimmung möglich macht. So ist das System z. B. in der Schifffahrt bei schlechten Wetterverhältnissen (starke Stürme, schlechte Sicht etc.) und gleichzeitig schwierigen Ansteuerungsbedingungen von hohem Nutzen.Militärischer Ursprung - ziviler NutzenUrsprünglich wurde das GPS für die militärische Nutzung von den USA eingeführt und z. B. im Golfkrieg zur Lenkung von Raketen eingesetzt. Die Genauigkeit beträgt im militärischen Nutzungsfalle ca. 2 m im Zielumkreis. Für die zivile Nutzung in der Schifffahrt, aber auch für Verkehrsleitsysteme an Land und in der Luft wird die Genauigkeit von den Vereinigten Staaten reduziert. Sie beträgt dann noch ca. 100 m. Durch Zusatzsysteme mit landgestützten Ausgleichssendern wird die Genauigkeit für die zivile Nutzung jedoch wieder erhöht (Differenzial-GPS).Prinzip der SatellitennavigationDas Navigationssystem besteht aus 24 Satelliten, die auf sechs Bahnen mit je vier Satelliten in die Umlaufbahnen der Erde gebracht wurden. Sie kreisen in ca. 20200 km Höhe in 12 Stunden einmal um die Erde. In der Äquatorebene sind die 6 Satellitenbahnen um 60 º gegeneinander versetzt (6 × 60 º = 360 º), sodass von jedem Punkt der Erdoberfläche aus ständig Daten von mindestens vier Satelliten empfangen werden können. Für eine Standortbestimmung auf See benötigt man mindestens drei Satelliten, für die Luftfahrt und die landgestützte Navigation vier Satelliten.Das Prinzip der Satellitennavigation basiert auf der Messung von Laufzeitunterschieden der von den Satelliten gesendeten Signale. So ist es entscheidend, zu welcher Uhrzeit das Signal eines Satelliten auf der Erde empfangen wird. Für die genaue Zeitmessung gibt es an Bord eines jeden Satelliten vier Atomuhren. Zur Uhrzeit werden außerdem die Bahndaten des Satelliten und eine große Anzahl von Korrekturdaten kodiert mitgesendet. Mit einem GPS-Empfänger werden die Daten der einzelnen Satelliten auf der Erde empfangen und mit denen anderer Satellitenempfangsdaten verglichen. Aus der errechneten Distanz des Satelliten ergibt sich um seinen senkrecht zur Erdoberfläche liegenden (lotrechten) Punkt ein Standkreis. Dieser markiert alle Punkte gleichen Abstands vom Satelliten zum Empfänger. Aus dem Standpunkt des Satelliten und den Schnittpunkten mit Standkreisen weiterer Satelliten ist eine Standortbestimmung des Empfängers möglich.Die EmpfängeruhrWährend im Satelliten vier Atomuhren angebracht sind, verfügt ein GPS-Empfänger nur über eine weniger genaue Quarzuhr. Diese reicht für eine genaue Standortbestimmung nicht aus, da schon Zeitdifferenzen von einer Hunderttausendstelsekunde eine Änderung von ca. 3 km bei der Ortsbestimmung ergeben. Um die Genauigkeit zu erhöhen, werden zusätzlich spezielle Satellitenkods empfangen und ausgewertet.Die Satelliten senden einen etwa 1 Millisekunde andauernden Kode, der taktgleich auch vom Empfängergerät erzeugt wird. Beim Vergleich mit den empfangenen Satellitenkodes wird der Empfängerkode so lange variiert, bis er mit den übrigen empfangenen Satellitendaten (Bahndaten, Entfernung, Korrekturen der Erdoberfläche) übereinstimmt. Zur Korrektur der Empfängeruhr benötigt man die Daten von mindestens drei Satelliten. Die Standkreise der Satelliten bilden dann am Ort des Empfängers ein Fehlerdreieck, das durch Verschieben aller Standkreise korrigiert wird. Dadurch erhält man den tatsächlichen Standort des Empfängers.Auswirkungen des GPSAufgrund der durch das GPS erreichten Genauigkeiten werden die bisherigen Verfahren der Ortsbestimmung immer unwichtiger. Andere Navigationssysteme (z. B. Decca) werden daher bald nicht mehr benötigt. Gleichzeitig wird die Anzahl der Seezeichen (Fahrwasserbetonnung, Leuchtfeuer etc.) aus Kostengründen abgebaut. Durch die so entstehende Abhängigkeit vom GPS-System wäre bei einem Ausfall (z. B. im militärischen Nutzungsfall) die Seeschifffahrt weitgehend stillgelegt. In Kombination mit einer computergestützten Navigation werden auch Seekarten zunehmend überflüssig. Sie werden mithilfe von Computern verarbeitet, die Position wird über Schnittstellen der GPS-Geräte direkt eingelesen, gegebenenfalls mit dem Radarbild gekoppelt und dokumentiert (elektronisches Logbuch).An Land wird das GPS zunehmend für Verkehrsleitsysteme eingesetzt. Kraftfahrzeuge werden zukünftig mit GPS ausgestattet werden und sie können dann über elektronische Landkarten geleitet werden.
Universal-Lexikon. 2012.
