Die Möglichkeiten der Global Positioning System (GPS)-Technologie sind nur durch Ihre Fantasie begrenzt. GPS-Systeme sind äußerst vielseitig und können in fast jedem Wirtschaftszweig eingesetzt werden. Heute wird GPS zur Kartierung von Wäldern, zur Unterstützung von Landwirten bei der Ernte ihrer Felder und von Flugzeugpiloten bei der Navigation am Boden oder in der Luft eingesetzt. Ortungssysteme sind ein fester Bestandteil militärischer Anwendungen und dienen Notfallteams zur Lokalisierung von Personen, die Hilfe benötigen. GPS-Technologien werden in vielen Bereichen eingesetzt, die wir normalerweise nicht in Betracht ziehen.

Beispiele für GPS-Anwendungen

Die Anwendungen des Global Positioning System lassen sich im Allgemeinen in 5 Hauptkategorien einteilen:

Ortung – Bestimmung eines Standorts

Navigation – von einem Ort zum anderen gelangen

Verfolgung – Überwachung der Bewegung von Objekten oder Personen

Kartierung – Erstellung von Karten der Welt

Zeitmessung – präzise Zeitmessung in der Welt

In jedem Fall basiert die Verwendung von GPS auf der Messung der Entfernung einer Person zu mehreren Satelliten. GPS ist nur eine von mehreren Gruppen von Satelliten, die zur Positionsbestimmung verwendet werden. Galileo, GLONASS, BeiDou und GPS sind die vier wichtigsten weltweit genutzten Satellitenkonstellationen. Die Technologien nutzen die Signale dieser Satelliten, um die Entfernung einer Person zu diesen Satelliten zu messen, und können anhand dieser Messungen feststellen, wo sich eine Person auf der Welt befindet und wie sie zu einem anderen Ort navigieren kann.

Dank der Rubidium-Uhren auf jedem Satelliten wird mit GPS eine sehr spezifische und präzise Zeitberechnung durchgeführt. Diese Uhren ermöglichen es den Satelliten, ihren genauen Standort zu sehr präzisen Zeiten zu bestimmen, und diese Zeitinformationen werden in verschiedenen Anwendungen wie der Meereshydrographie, autonomen Fahrzeugen und Präzisionslandwirtschaft genutzt.

Wie GPS funktioniert

Das von uns verwendete Global Positioning System, auch NavStar genannt, wurde vom US-Militär entwickelt und ist seit 1995 voll funktionsfähig. Viele moderne GPS-Empfänger nutzen eine Kombination aus GPS und den russischen GLONASS-Satelliten, um die Abdeckung und Genauigkeit zu verbessern.

Das GPS-System verfügt derzeit über 31 aktive Satelliten auf Umlaufbahnen, die um 55 Grad zum Äquator geneigt sind. Die Satelliten umkreisen die Erde in einer Entfernung von etwa 20 000 km und umrunden sie zweimal pro Tag. Die Umlaufbahnen sind so konzipiert, dass von den meisten Orten der Erde aus immer 6 Satelliten im Blickfeld sind.

GPS verwendet eine Menge komplexer Technik, aber das Konzept ist einfach.

Der GPS-Empfänger empfängt ein Signal von jedem GPS-Satelliten. Die Satelliten übermitteln die genaue Zeit, zu der die Signale gesendet werden. Durch Subtraktion der Sendezeit von der Empfangszeit des Signals kann das GPS feststellen, wie weit es von den einzelnen Satelliten entfernt ist. Der GPS-Empfänger kennt auch die genaue Position der Satelliten am Himmel, zu dem Zeitpunkt, zu dem sie ihre Signale gesendet haben. Anhand der Laufzeit der GPS-Signale von drei Satelliten und ihrer genauen Position am Himmel kann der GPS-Empfänger also Ihre Position in drei Dimensionen bestimmen – Osten, Norden und Höhe.

Es gibt jedoch eine Komplikation. Um die Zeit zu berechnen, die die GPS-Signale gebraucht haben, muss der GPS-Empfänger die Zeit sehr genau kennen. Die GPS-Satelliten haben Atomuhren, die die Zeit sehr genau anzeigen, aber es ist nicht möglich, einen GPS-Empfänger mit einer Atomuhr auszustatten. Wenn der GPS-Empfänger jedoch das Signal eines vierten Satelliten verwendet, kann er eine Gleichung lösen, die es ihm ermöglicht, die genaue Zeit zu bestimmen, ohne eine Atomuhr zu benötigen.

Wenn der GPS-Empfänger nur die Signale von 3 Satelliten empfangen kann, ist die Positionsbestimmung zwar immer noch möglich, aber weniger genau. Wie bereits erwähnt, benötigt der GPS-Empfänger 4 Satelliten, um Ihre Position in 3 Dimensionen zu bestimmen. Wenn nur 3 Satelliten verfügbar sind, kann der GPS-Empfänger eine ungefähre Position ermitteln, indem er davon ausgeht, dass Sie sich auf mittlerer Meereshöhe befinden. Wenn Sie sich tatsächlich auf mittlerer Meereshöhe befinden, ist die Position ziemlich genau. Wenn Sie sich jedoch in den Bergen befinden, kann die 2-D-Ortung um Hunderte von Metern abweichen.

Ein moderner GPS-Empfänger erfasst in der Regel alle verfügbaren Satelliten gleichzeitig, aber nur eine Auswahl davon wird zur Berechnung Ihrer Position verwendet.

Almanach und Ephemeriden

Um die Position der GPS-Satelliten zu bestimmen, benötigt der GPS-Empfänger zwei Arten von Daten: den Almanach und die Ephemeriden. Diese Daten werden kontinuierlich von den GPS-Satelliten gesendet, und Ihr GPS-Empfänger sammelt und speichert diese Daten.

Der Almanach enthält Informationen über den Status der Satelliten und ungefähre Informationen über die Umlaufbahn. Der GPS-Empfänger verwendet den Almanach, um zu berechnen, welche Satelliten derzeit sichtbar sind. Der Almanach ist nicht genau genug, um dem GPS-Empfänger eine Positionsbestimmung zu ermöglichen. Wenn der GPS-Empfänger neu ist oder längere Zeit nicht benutzt wurde, kann es etwa 15 Minuten dauern, bis er einen aktuellen Almanach empfängt. Bei älteren GPS-Empfängern ist ein Almanach erforderlich, um die Satelliten zu erfassen, aber viele neuere Modelle können die Satelliten erfassen, ohne auf den Almanach zu warten.

Es wird zu spät … wollen Sie wissen, wo Ihre Kinder sind? Würden Sie das gerne wissen? Eine Möglichkeit, sie zu orten, wäre ein GPS-Empfänger im Auto! GPS, das Global Positioning System, ist eine der angesagtesten Technologien überhaupt, und das ist kein Wunder. Man denke nur an diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten:

Wissenschaftler in Minnesota nutzen GPS, um die Bewegungen und Fressgewohnheiten von Rehen zu untersuchen.

Vermessungsingenieure setzten GPS ein, um zu messen, wie sich die Gebäude nach dem Bombenanschlag in Oklahoma City verschoben haben.

GPS hilft bei der Beilegung von Streitigkeiten zwischen Landbesitzern.

Meeresarchäologen nutzen GPS, um Forschungsschiffe auf der Suche nach Schiffswracks zu steuern.

GPS-Daten haben gezeigt, dass der M

t. Everest höher wird!

Sender. Jack Glendening, Fotograf. USGS Multimedia-Bibliothek

GPS beantwortet fünf Fragen gleichzeitig:

“Wo bin ich?”

“Wohin gehe ich?”

“Wo bist du?”

“Wie komme ich am besten dorthin?

“Wann werde ich dort ankommen?”

GPS ist heute das einzige System, das Ihre genaue Position auf der Erde jederzeit und bei jedem Wetter anzeigen kann, ganz gleich, wo Sie sich befinden!

Entwicklung

Wie so viele andere High-Tech-Entwicklungen wurde auch GPS vom US-Militär entwickelt. Das Konzept stammt aus den späten 60er Jahren, aber der erste Satellit wurde erst im Februar 1978 gestartet. Im Jahr 1989 stellte die Magellan Corp. den ersten tragbaren GPS-Empfänger vor. Im Jahr 1992 wurde GPS bei der Operation Wüstensturm eingesetzt. Im März 1996 beschloss der Präsident, GPS für zivile Nutzer frei zugänglich zu machen.

Beschreibung des Systems

GPS besteht aus drei “Segmenten”:

Das Weltraumsegment besteht derzeit aus 28 Satelliten, von denen sich jeder in einer eigenen Umlaufbahn etwa 11.000 Seemeilen über der Erde befindet.

Das Nutzersegment besteht aus Empfängern, die Sie in der Hand halten oder in Ihrem Auto montieren können.

Das Kontrollsegment besteht aus Bodenstationen (fünf auf der ganzen Welt verteilt), die den ordnungsgemäßen Betrieb der Satelliten sicherstellen.

Zivile Nutzung

Zunächst wollte das Militär die zivile Nutzung von GPS nicht zulassen, da man befürchtete, dass Schmuggler, Terroristen oder feindliche Kräfte es nutzen könnten. Schließlich beugte sich das Verteidigungsministerium dem Druck der Unternehmen, die die Geräte herstellten, und stellte GPS mit einigen Einschränkungen für nicht-militärische Zwecke zur Verfügung. Am 1. Mai 2000 hob Präsident Clinton die Beschränkungen auf und kündigte an, dass die Möglichkeit, zivile GPS-Signale in Notfällen zu stören, bis 2010 auslaufen würde. Die Bundesregierung hat sich verpflichtet, die GPS-Technologie für friedliche Zwecke weltweit und kostenlos zur Verfügung zu stellen.

Globales Positionsbestimmungssystem

Ein globales Positionierungssystem, das zur Navigation und Erkennung von Objekten und Orten eingesetzt wird, funktioniert in der Regel nach dem Grundprinzip des Austauschs von Funkwellen zwischen den Bodenstationen, Satelliten und Empfängern. Bei dieser Übertragung und dem Empfang von Daten wird ein Trilaterationsmechanismus bevorzugt. Der trilaterale Mechanismus besagt, dass sich ein Objekt oder ein Gerät in der Reichweite von mindestens vier Satelliten befinden muss, um seinen genauen Standort zu bestimmen. Die Anzahl der Satelliten, die Daten zum und vom Objekt senden und empfangen, ist direkt proportional zur Genauigkeit der vom GPS verarbeiteten Informationen, d. h., wenn Sie die Anzahl der Satelliten erhöhen, die mit dem Gerät kommunizieren können, verbessert sich die Genauigkeit der Standortbestimmung proportional. Der Trilaterationsmechanismus kann sowohl in der 2-dimensionalen als auch in der 3-dimensionalen Ansicht überprüft werden. Der zweidimensionale Trilaterationsmechanismus nutzt die Längen- und Breitengrade, um den Standort eines bestimmten Ortes zu bestimmen. Ein dreidimensionaler Trilaterationsmechanismus hingegen verwendet Längen-, Breiten- und Höhenwerte.