Wie GPS funktioniert

Entscheidend für das Funktionieren eines Fahrrad Navis ist GPS. Wir fragen uns hier also, wie GPS funktioniert? Doch, um was handelt es sich beim GPS eigentlich genau und wie funktioniert es? Diese Frage möchten wir an dieser Stelle beantworten. Hierbei werden wir auch die Historie des GPS Systems grundlegend erklären.

Worum es sich beim GPS handelt

Die Abkürzung GPS lässt sich im Englischen mit Global Positioning System übersetzen. Auf Deutsch übersetzt bedeutet dies Globales Positionsbestimmungssystem. Das GPS System sorgt also dafür, dass man auf der ganzen Welt (vorausgesetzt man hat Kontakt zum GPS) seine Position relativ exakt bestimmen kann. Das GPS zeigt einem in den meisten Fällen die richtige Position sehr genau an, der tatsächliche Standort und der vom GPS bestimmte liegen meistens zwischen 5 und 15 Metern entfernt. Vorausgesetzt das jeweilige Empfangsgerät funktioniert richtig und kann das GPS Signal in die genaue Position umsetzen. Dies ist bei allen Fahrrad Navis gegeben – bei älteren oder sehr günstigen Handys ist dies leider nicht immer der Fall.

Wie GPS funktioniert

 

 

 

Wie GPS funktioniert

Kommen wir als Nächstes zur genauen Funktion des GPS. Das GPS System besteht insgesamt aus 24 Satelliten, welche sich auf verschiedenen Umlaufbahnen im Weltall befinden. Von hier aus senden sie Radiosignale, welche ihre genaue Position sowie die jeweilige Uhrzeit übermitteln. Zum Bestimmen der genauen Position aus den gelieferten Informationen sind dann noch drei zusätzliche Komponenten notwendig: Bodenstationen, welche die Satelliten kontrollieren, geostationäre Satelliten, welche Korrektursignale senden und so die Genauigkeit erhöhen, sowie das jeweilige Empfangsgerät, also beispielsweise Navis und Handys. Die Genauigkeit des GPS hängt in erster Linie davon ab, von wie vielen Satelliten die Signale empfangen werden können. Mindestens vier Signale sind notwendig, damit man seine Position per GPS bestimmen lassen kann. Auch die eigene Geschwindigkeit kann man durch diese Signale bestimmen lassen. Für das genaue Ausrechnen dieser Position und auch der Geschwindigkeit ist übrigens das eigene Empfangsgerät notwendig, wenn dieses nicht richtig funktioniert, kann es zu einer Abweichung der Position kommen. Die Genauigkeit des GPS erhöht sich auch, wenn man mehr als vier Signale empfangen kann. Je mehr Signale von verschiedenen Satelliten empfangen werden können, desto höher ist die Genauigkeit der Standort- und Geschwindigkeitsbestimmung.

Entwicklung des GPS Systems

Der Aufbau eines Systems aus 24 Satelliten und vielen weiteren Kontrollmechanismen war natürlich ziemlich aufwendig und hat dementsprechend seine Zeit gebraucht. Bereits in den 70er Jahren wurde das GPS System entwickelt, es war allerdings erst in den 90er Jahren einsatzbereit. Entwickelt wurde es vom amerikanischen Verteidigungsministerium. Es war also ursprünglich für die militärische Verwendung vorgesehen, genauso wie das Internet auch. Vorteil des GPS Systems für die militärische Nutzung war, dass das GPS Signal nur in eine Richtung funktionierte. Das Empfangsgerät bekam die Signale nur und hat diese dann eigenständig verarbeitet, selber hat es auch keine Daten mehr ausgesandt. Deshalb war bzw. ist es nicht möglich, mithilfe des GPS Signals eine Bestimmung des Standorts des Empfangsgeräts vorzunehmen. Die Informationen der Satelliten eignen sich hierzu nicht. Dies ist natürlich ein großer Vorteil, wenn es um die militärische Verwendung geht, bei der eine Bestimmung des Standortes des Empfängers eher von Nachteil wäre. Das GPS System wurde genauso wie das Internet auch schnell für den privaten Gebrauch entdeckt und hat sich deshalb bereits relativ schnell nach seiner Betriebsfähigkeit auch im zivilen Sektor durchgesetzt.

 

* Preis wurde zuletzt am 3. März 2018 um 8:29 Uhr aktualisiert

 

Wieso manche GPS Empfänger besser funktionieren als andere

Einen Grund dafür, dass manche GPS Empfänger nicht so gut funktionieren wie andere, haben wir eben bereits genannt: Die Position wird mit den Informationen durch das GPS Signal erst beim Empfängergerät selber berechnet. Wenn dieses nun defekt ist und das Signale nicht richtig auswertet bzw. die Informationen aus diesen nicht richtig ausrechnet, dann ist das Ergebnis letztens Endes ungenau und nicht bzw. nur eingeschränkt zu gebrauchen. Man möchte sich bei der Ortung mit dem Navi ja nicht plötzlich auf einer anderen Straße befinden oder bereits 50 Meter vor dem Abbiegen ein Signal hierfür bekommen bzw. umgekehrt. Ein weiterer Grund für das Nicht-Funktionieren kann sein, dass die Signale für den Empfänger nicht stark genug sind. Hochwertige GPS Empfänger, wie ein hochwertiges Fahrrad Navi, können auch sehr schwache Signale von den Satelliten noch empfangen und zur Bestimmung vom Standort und auch die Geschwindigkeit nutzen. Bei anderen Geräten können diese GPS Daten wiederum nicht mehr empfangen bzw. genutzt werden. In diesem Fall ist dann die Bestimmung des Standorts ungenauer bzw. bei einem Signal von weniger als vier Satelliten auch überhaupt nicht mehr möglich.

Mögliche Änderungen für weniger Genauigkeit

Aber nicht nur das Empfängergerät kann für Störungen des GPS bzw. für die Ungenauigkeit von Position und Geschwindigkeit sorgen. Auch die Satelliten an sich können von einigen Faktoren betroffen sein, welche das gelieferte Signal verfälschen und auf diese Art für ein ungenaues oder falsches Ergebnis sorgen. Diese Fehler können durch die zusätzlichen Korrektursatelliten zwar zum Teil wieder korrigiert werden und so die Genauigkeit des Systems verbessert, dennoch können verschiedene Einflüsse auf die Satelliten auch nicht immer herausgerechnet werden. Dies können zum einen Gravitationseffekte sein, welche sich dann auf die in den Satelliten vorhandenen Atomuhren auswirken. So wird dann die Position zu einem falschen bzw. ungenauen Zeitpunkt bestimmt und somit nicht mehr die richtige Position weitergegeben. Ein weiteres Problem kann durch den Standort der Satelliten entstehen. Diese sind im Normalfall gleichmäßig verteilt und ermöglichen so eine genaue Navigation. Wenn sie sich jedoch sehr nah beieinander oder sogar in einer Reihe befinden, dann wird das Signal sehr ungenau und die richtige Bestimmung des Standorts ist in diesem Fall nicht mehr möglich, für die Geschwindigkeit gilt genau das Gleiche.

Sehr ungenau würde das Signal normalerweise durch die Erdatmosphäre: An dieser werden die Strahlen gebrochen. Dies wird durch die geostationären Satelliten und auch durch die Bodenstationen aber weitgehend wieder korrigiert. Und zuletzt kann das GPS Signal auch abgeschirmt werden, beispielsweise durch Holz oder Fels. Dies ist auch der Grund, weshalb es in den Bergen wesentlich häufiger zu Problemen mit dem GPS kommt. Hier stehen dann einfach die Berge im Weg, welche das Signal von einzelnen Satelliten abschirmen und so eine Navigation verhindern können bzw. diese erschweren und ungenau machen. Weitere Info´s zum Thema Outdoor und mehr gibt´s auf dieser Website. Doch trotz all dieser Faktoren ist das GPS Signal in den meisten Fällen sehr genau. Einzige Voraussetzungen für die genaue Bestimmung des Standorts ist ein guter Empfänger, welcher die gelieferten Informationen richtig umrechnet.

Vor,- und Nachteile