GPS (Global Positioning System)

Wahrscheinlich begann der Mensch bereits kurz nachdem er sich auf seine Hinterbeine gestellt und angefangen hatte, auf der Welt herumzulaufen, nach einem einfachen Weg zu suchen, um herauszufinden, wo er war und wohin er ging.

Das hat sich bis heute nicht geändert, nur wird dieser Sachverhalt im übertragenen Sinne allgemein als "Standortbestimmung" und "Navigation" bezeichnet.

Die Lösung der heutigen Zeit gegen diese Orientierungslosigkeit lautet GPS

Positionsbestimmung

Zweimal täglich umkreisen 24 Satelliten die Erde und geben dabei permanent Positionssignale ab. Über die Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Satelliten berechnet der GPS-Empfänger schließlich die eigene Position - und so weiß man immer, wo man sich gerade befindet - eine Sache, die zu Zeiten der Kartennavigation gar nicht so selbstverständlich war. Um den eigenen Standort zu bestimmen, benötigt man übrigens eine Verbindung zu mindestens drei Satelliten.

Anhand der von den Satelliten gelieferten Daten kann man nun zum Beispiel sein Auto durch die Stadt navigieren, ein Schiff an den gewünschten Hafen bringen oder eben eine mit einen GPS-Gerät aufgezeichnete Mountainbiketour nachfahren.

GPS basiert auf Satelliten , die ständig ihre sich ändernde Position und die genaue Uhrzeit ausstrahlen. Aus deren Signallaufzeit können GPS-Empfänger dann ihre eigene Position und Geschwindigkeit berechnen. Theoretisch reichen dazu die Signale von drei Satelliten aus, welche sich oberhalb ihres Abschaltwinkels befinden müssen, da daraus die genaue Position und Höhe bestimmt werden kann. In der Praxis haben aber GPS-Empfänger keine Uhr, die genau genug ist, um die Laufzeiten korrekt messen zu können. Deshalb wird das Signal eines vierten Satelliten benötigt, mit dem dann auch die genaue Zeit im Empfänger bestimmt werden kann.

Mit den GPS-Signalen lässt sich aber nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen. Dieses erfolgt im Allgemeinen über Messung des Dopplereffektes oder die numerische Differenzierung des Ortes nach der Zeit. Die Bewegungsrichtung des Empfängers kann ebenfalls ermittelt werden und als künstlicher Kompass oder zur Ausrichtung von elektronischen Karten dienen.

Damit ein GPS-Empfänger immer zu mindestens vier Satelliten Kontakt hat, werden 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 Min und 56,6 Sekunden über dem selben Punkt der Erde.

GPS in der Praxis

Größter Nutznießer des GPS ist die zivile Luftfahrt. Alle modernen Navigationssysteme sind GPS-gestützt. Theoretisch, vorbehaltlich der Zulassung, erlauben die Genauigkeiten (P/Y-Signal) sogar automatische Landungen, sofern die Mittellinien der Landebahnen vorher genau vermessen wurden, d. h. die Koordinaten bekannt sind und zusätzlich DGPS eingesetzt wird. Einige UAV , wie EuroHawk benutzen dieses Verfahren.

Handelsübliche zivile GPS-Geräte für Verbraucher eignen sich vor allem für den Einsatz im Auto und im "Outdoor"-Bereich.

Den großen Unterschied macht jedoch heute in miteinander vergleichbaren Systemen weniger die Technik, sondern vielmehr das jeweilige Navigationsprogramm. So gibt es derzeit von Programm zu Programm noch durchaus Unterschiede in der Routenführung.

2006 entdeckte Alessandro Cerruti von der amerikanischen Cornell University, dass GPS durch Sonneneruptionen gestört werden kann. In den vergangenen Jahren waren diese - und die damit verbundenen geomagnetischen Stürme - wenig ausgeprägt, sie sollen jedoch bis 2011 wieder zunehmen.
Auch kann der GPS-Empfang durch starke Schneefälle gestört werden. Sonstige Wetterverhältnisse, wie Regen und Nebel, beeinträchtigen den Empfang normalerweise jedoch nicht - allerdings ist der Empfang unter regennassem Laub im Wald deutlich schlechter als bei trockener Witterung.

Zu den Herstellern zählen Garmin , Magellan , TomTom , HAiCOM , Globalsat und RoyalTec .

Im Freien
GPS-Geräte eignen sich auch zum Einsatz am Fahrrad , beim Wandern (zum Beispiel als kompaktes Gerät am Handgelenk) oder im Flugzeug oder neuerdings auch beim Fotografieren ( Fotoverortung ). Der Funktionsumfang der im Handel erhältlichen Geräte richtet sich nach Anwendungsbereich und Preis. Schon einfache Geräte können heute nicht bloß die Längen - und Breitengrade anzeigen, sondern auch Richtungsangaben machen, Entfernungen berechnen und die aktuelle Geschwindigkeit angeben. Die Anzeige kann so eingestellt werden, dass ein Kompassymbol ausgegeben wird, das nicht nach Norden, sondern in die Richtung zeigt, die vom Benutzer durch die Eingabe der Zielkoordinaten ( Wegpunkt ) angegeben worden ist. GPS-Geräte stellen hier eine Weiterentwicklung der klassischen Navigation mit Kompass und Karte dar. Diese Funktion verwendet man zum größten Teil bei der Schatzsuche per GPS ( Geocaching ). Hochwertige, moderne Geräte können neben Wegpunkten , Routen und Track Logs auch digitale Karten speichern und damit den aktuellen Standort auf einer Karte darstellen. Für den Außenbereich liegen für verschiedene Länder Topografische Karten im Maßstab 1:25.000 zur Nutzung mit dem GPS vor.

Wenngleich die Outdoor -GPS-Geräte dafür nicht primär gedacht sind, können selbst kleine Armbandgeräte in Autos oder in der Bahn (Fensterplatz) verwendet werden; der Empfang in Gebäuden ist jedoch mit diesen Geräten gewöhnlich nicht möglich.