gps – global positioning system
  • Was ist GPS – Global Positioning System?
Nachdem der VGUA (Verein gegen unsinnige Abkürzungen) es nicht verhindern konnte, wurde das Kürzel „GPS" für Global Positioning System sehr schnell zum Synonym für schnell wissen, wo man ist und wo man weiter hinwill.

GPS ist ein satellitengestütztes, elektronisches Navigationswerkzeug (NAVSTAR = Navigation Satellite Timing and Ranging) für den globalen, weltweiten Einsatz. Es wurde ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt und wird von den USA betrieben.

Mit Hilfe eines GPS-Empfängers kann im Regelfall ziemlich schnell die eigene Position auf der Erde in allen 3 Dimensionen (Längengrad, Breitengrad und Höhe) bestimmt werden. Aus mehreren Messungen, die hintereinander durchgeführt werden, kann auch die Geschwindigkeit des Objekts errechnet werden (indirektes Messverfahren).

Aber nun das Interessanteste: der Betrieb eines GPS-Empfängers kostet bis auf die Anschaffungskosten NICHTS! Keine laufenden Gebühren, keine Anmeldung irgendwo, die Anzahl der gleichzeitigen Nutzer schlägt sich nicht in irgendwelchen Wartezeiten nieder.
Wie funktioniert die Sache?
Die Erde wird täglich mindestens zweimal von insgesamt 24 Satelliten umkreist – die Satelliten befinden sich auf Bahnen, die etwa 20.000 km hoch sind und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 11.000 km/h und senden 24 Stunden am Tag Signale aus.

Die Sendeleistung wurde, um eine lange Satellitenlebensdauer zu erreichen, sehr gering (nur ca. maximal 50 Watt) gewählt.

Wie wird nun die Position berechnet? Grundlage ist die Entfernungsbestimmung durch die Messung der Laufzeit der einzelnen Funksignale vom Satellit zum GPS-Empfänger (ja, auch Funkwellen sind nur unterlichtschnell). Die Position der Satelliten (exakte Uhrzeit und Entfernung) ist zu jedem Zeitpunkt exakt bekannt und wird im Funksignal übermittelt.

Das gesamte System besteht im wesentlichen aus drei verschiedenen Komponenten: den Satelliten im Weltraum, den Bodenstationen als Kontrolle der Satelliten und GPS-Empfänger des Benutzers.
Die Satelliten im Weltall
Diese bewegen sich auf exakt festgelegten Umlaufbahnen (‚orbital planes'), wie auch andere Satelliten werden sie über Solarzellen mit Energie versorgt. Sehr kleine Raketentriebwerke als Korrekturmaßnahme sorgen dafür, dass diese orbital planes exakt eingehalten werden. Das Navstar-System wurde 1978 mit den ersten Starts begonnen, seit 1994 gibt es nun die volle Satellitenanzahl 24, 21 aktiv und drei zur Reserve).
Die Satelliten senden verschiedene Codes aus, die eben zur Entfernungsbestimmung herangezogen werden.
Die Bodenstationen
Diese Kontrollinstanz überwacht und steuert diese Satelliten und versorgt sie obendrein mit exakten Uhrzeit- und Bahninformationen (Grundlage sind Atomuhren). Insgesamt gibt es 5 Bodenstationen über die Welt verteilt. Vier dieser Stationen sind Slaves und übermitteln die empfangenen Daten an die Masterstation weiter.
Der GPS-Empfänger
Den haben die Anwender – mit mehr oder weniger Komfort versehen. In unserem Fall eben Motorradfahrer, die mehr als nur ihre eigene Position, Richtung und Geschwindigkeit wissen wollen.

Ohne jetzt mit Mathematik langweilen zu wollen – es gibt genug Seiten im Internet, die die Grundlagen für GPS liefern – für die Positionsbestimmung benötigt man mindestens drei Satelliten, möchte man noch die Höhe wissen, wird noch das Signal eines vierten Satelliten benötigt.
Die meisten GPS-Empfänger (die moderneren zumindest) können in der Zwischenzeit maximal 12 Satelliten gleichzeitig empfangen. Mit der Anzahl der Satelliten nimmt auch noch die Genauigkeit zu.
Wichtig ist nur zu wissen: für den Empfang der Satelliten benötigen wir freie Sicht auf den Himmel – Häuserschluchten, Gebirge, Wald – all dies kann abschattend und abschirmend wirken und so die Zahl der empfangbaren Satelliten reduzieren. Dies kann bis zum Ausfall des GPS-Empfängers führen! Sollte also die eingebaute Antenne nicht mehr ausreichen, lassen sich auch passende kleine externe Antennen an die meisten GPS-Empfänger anschließen (z.B. bei PKW können thermobedampfte Fenster den Empfang behindern usw.).
Die Genauigkeit
Da GPS ursprünglich als militärisches Instrument konzipiert war, konnten zivile Empfänger nur eine sehr grobe Positionsbestimmung vornehmen. Obendrein wurde eine zusätzliche, zeitlich wechselnde Fehlerkomponente (SA – Selective Availability) in das Signal eingegeben. Diese SA wurde überraschend am 2.5.2000 durch US Präsident Bill Clinton abgeschaltet, um zivilen Nutzern höhere Genauigkeit zu ermöglichen. Sie liegt nun im Bereich von 3 –12 Metern, einfach sagenhaft!
  • Die Geräte
In der Zwischenzeit gibt es eine Unzahl von GPS-Empfängern – vom simplen Positionsbestimmer über Geräte mit eingebautem Höhenmesser (für Wanderer), für die Seefahrt, für die Luftfahrt, für den Betrieb im Auto usw.
Ein empfehlenswerter Link in dem Zusammenhang ist www.garmin.de - hier gibt's eine breite Palette von Empfängern.
Der Autor dieser Zeilen nützt für die Navigation am Motorrad ein Garmin eMap mit zusätzlichem 64 MB Speicherchip, auf dem Karten von Österreich, Süddeutschland, die gesamte Schweiz, Ostfrankreich und Norditalien gespeichert sind.
Empfehlenswerte Software:
Links zu GPS:
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