Ein paar Informationen über GPS

GPS und Genauigkeit

GPS ist die Abkürzung für "Gobal Positioning System" und basiert auf Satelliten, die über Funk ständig ihre aktuelle Position und die genaue Uhrzeit mitteilen.

Aus den Signallaufzeiten können spezielle GPS-Empfänger dann ihre eigene Position und Geschwindigkeit berechnen.

Zur Positionsbestimmung muss ein Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen. Im Empfangsgerät werden die vier Signallaufzeiten (von den Satelliten zur Empfangsantenne) errechnet. Daraus werden anschließend die aktuelle Position (inklusive der Höhe) und die genaue Empfängeruhrzeit ermittelt.

Mit den GPS-Signalen lässt sich aber nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen. Die Bewegungsrichtung des Empfängers kann ebenfalls ermittelt werden, und so als künstlicher Kompass dienen. 

Bei einer Flughöhe von ca. 20.000 km wird eine Konstellation von 24 bis 30 Satelliten verwendet. So soll sichergestellt werden, dass die Empfangsgeräte - auch bei nicht vollkommen freier Sicht zum Horizont - möglichst immer Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen können.

Damit ein GPS-Empfänger immer zu mindestens vier Satelliten Kontakt hat, werden also insgesamt mindestens 24 Satelliten eingesetzt, die die Erde jeden Sternentag zweimal in einer Höhe von 20 183 km umkreisen. Jeweils mindestens vier Satelliten bewegen sich dabei auf jeweils einer der sechs Bahnebenen, die 55° gegen die Äquatorebene inkliniert (geneigt) sind und gegeneinander um jeweils 60° verdreht, sind. Ein Satellit ist damit alle 23 Stunden 55 Minuten und 56,6 Sekunden über demselben Punkt der Erde.

Der GPS-Empfang wird durch Bewölkung oder Niederschlag nur wenig beeinflusst. Dennoch ist für den besten Empfang der Signale eine direkte Sichtverbindung zum Satelliten vorteilhaft.

Zwischen hohen Gebäuden kann es durch mehrfach reflektierte Signale (Mehrwege-Effekt) zu Ungenauigkeiten kommen. Zudem ergeben sich z. T. große Ungenauigkeiten bei ungünstigen Satellitenkonstellationen, zum Beispiel wenn nur drei dicht beieinanderstehende Satelliten aus einer Richtung zur Positionsberechnung zur Verfügung stehen. Für eine exakte Positionsermittlung sollten möglichst immer 4 Satellitensignale aus verschiedenen Himmelsrichtungen empfangbar sein.

Zwei sehr gute Beiträge zu diesem Thema finden Sie auf http://www.kowoma.de/gps/Genauigkeit.htm und http://www.kowoma.de/gps/Fehlerquellen.htm.

Eine weitere Aufgabe des GPS Systems besteht in der Bereitstellung eines einheitlichen Zeitsystems. Die von einem GPS-Empfänger empfangene Zeit ist zunächst die GPS-Zeit. In der Satellitennachricht ist aber auch die Abweichung zwischen GPS-Zeit und Koordinierter Weltzeit (UTC) angegeben. Mit der Genauigkeit der GPS-Zeit und der Angabe der Abweichung garantiert das System eine Abweichung von UTC um maximal eine Mikrosekunde, wenn die Laufzeit auch so genau bestimmt wird.

Das GPS wurde vom US amerikanischen Militär zur Navigationsunterstützung der Streitkräfte und Steuerung von Waffensystemen entwickelt. Seit Mitte der 1990er-Jahre steht es auch für die zivile Nutzung bereit und stellt seit der Abschaltung der künstlichen Signalverschlechterung (Selective Availability) im Mai 2000 auch für nicht-militärische Zwecke eine Ortungsgenauigkeit in der Größenordnung von etwa 10 Metern sicher.

GPS hat sich als das weltweit wichtigste Ortungsverfahren etabliert und wird in Navigationssystemen weitverbreitet genutzt.

Quelle: Wikipedia