Mittlerweile sind die meisten von uns mit GPS in irgendeiner Form in Berührung gekommen: Es befindet sich in unseren Autos, manchmal auf dem Armaturenbrett und manchmal im Handschuhfach; es hält Einzug in unsere Mobiltelefone und wird sogar an Kindern angebracht… Oh, die Menschheit!

GPS, das Global Positioning System, ist ein Satellitennavigationssystem, das dem terrestrischen Nutzer Positionsbestimmung und Uhrzeit liefert. Das System besteht aus mehr als nur Satelliten. Das System besteht nicht nur aus Satelliten, sondern auch aus einem Kontrollsegment, das die Satelliten überwacht und wartet, sowie aus einem Nutzersegment, das den ganzen Spaß mitmacht.

Die meisten Menschen denken bei GPS an die US-amerikanische NAVSTAR-Konstellation (NAVigational System Time And Ranging), doch obwohl GPS vom US-Verteidigungsministerium entwickelt wurde, gibt es auch andere weltraumgestützte Satellitenortungssysteme, vor allem das von der ehemaligen Sowjetunion entwickelte GLONASS-System und das kürzlich von der Europäischen Union zur Finanzierung genehmigte Galileo-System.

Wo, wann, wie und warum

NAVSTAR wurde am 27. April 1995 mit einer Konstellation von 24 Block-II- und Block-IIA-Satelliten für voll funktionsfähig erklärt. Inoffiziell wurde NAVSTAR am 8. Dezember 1993 mit einer Mischung aus Block-II-, IIA- und der ursprünglichen Konzeptvalidierung von Block-I-Satelliten in Betrieb genommen. 28 Block-II-, IIA- und IIR-Satelliten befinden sich derzeit in der Umlaufbahn und sind in Betrieb (weitere Informationen unter http://tycho.usno.navy.mil/gps.html).

Jedes der 28 NAVSTAR Space Vehicles (SVs) ist mit zwei Kanälen ausgestattet: L1 und L2.Der L1-Kanal erzeugt ein Trägerphasensignal auf 1575,42 MHz sowie einen C/A- und P(Y)-Code – all diese Begriffe werden weiter unten erklärt.Der L2-Kanal erzeugt ein Trägerphasensignal auf 1227,6 MHz, aber nur einen P(Y)-Code.Derzeit gibt es Pläne, einen zusätzlichen zivilen Code auf dem L2-Band zu implementieren sowie einen brandneuen L5-Kanal zu schaffen, aber das ist Thema eines anderen Artikels.

Trägerphase: GPS verwendet Mikrowellen, und wie alle Licht- und Radiowellen hat jedes Signal eine eigene Frequenz und Wellenlänge. Obwohl diese Wellen die Atmosphäre gut durchdringen, sind sie nicht in der Lage, einen Burrito aus dem Orbit zu braten.

C/A und der P(Y)-Code: Binäre Daten, die auf das Trägersignal moduliert oder “überlagert” werden, werden als Code bezeichnet, der bei NAVSTAR GPS hauptsächlich in zwei Formen verwendet wird: Der C/A- oder Coarse/Acquisition-Code (auch als ziviler Code bekannt) ist moduliert und wird auf der L1-Welle jede Millisekunde wiederholt; der P-Code oder Precise Code ist sowohl auf der L1- als auch auf der L2-Welle moduliert und wird alle sieben Tage wiederholt.Der (Y)-Code ist eine spezielle Form des P-Codes, der zum Schutz vor falschen Übertragungen verwendet wird; zur Entschlüsselung des P(Y)-Codes muss spezielle Hardware verwendet werden, die nur der US-Regierung zur Verfügung steht.

Wie gefallen Ihnen Ihre Daten?

Natürliche und vom Menschen verursachte Fehler können die Genauigkeit von GPS um bis zu 100 Meter horizontal und 300 Meter vertikal verschlechtern. Glücklicherweise sind die vom Menschen verursachten Fehler (zumindest die absichtlichen) gegenwärtig relativ gering.

Die navigierte oder autonome Positionsbestimmung ist eine unkorrigierte Position, die vom Empfänger anhand von Code-Messungen berechnet wird.

So funktioniert der Code

Während der GPS-Empfänger die Satelliten abhört, lädt er auch Informationen über die Umlaufbahn und die Flugbahn der Satelliten herunter: Ein Almanach wird alle 12,5 Minuten übertragen und enthält ungefähre Umlaufbahnen für die Konstellation sowie atmosphärische Modelle; die Ephemeriden werden alle 30 Sekunden übertragen und enthalten kürzere, präzisere Flugbahndaten für einen bestimmten Satelliten.