Was ist GPS?

Hier erfahren Sie alles, was Sie über GPS wissen müssen und wie es heute eingesetzt wird.

GPS (Global Positioning System) ist ein globales Satellitennavigationssystem, das Ortung, Geschwindigkeit und Zeitsynchronisation ermöglicht.

GPS ist allgegenwärtig. Sie finden GPS-Systeme in Ihrem Auto, Ihrem Smartphone und Ihrer Uhr. GPS hilft Ihnen, Ihr Ziel zu erreichen, von Punkt A nach Punkt B. Was ist GPS? Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die Funktionsweise, die Geschichte und die zukünftigen Fortschritte des Systems zu erfahren.

Was ist GPS und wie funktioniert es?

Das Global Positioning System (GPS) ist ein Navigationssystem, das Satelliten, einen Empfänger und Algorithmen zur Synchronisierung von Orts-, Geschwindigkeits- und Zeitdaten für den Luft-, See- und Landverkehr verwendet.

Das Satellitensystem besteht aus einer Konstellation von 24 Satelliten in sechs erdzentrierten Umlaufbahnen mit jeweils vier Satelliten, die in einer Höhe von 20 000 km (13 000 Meilen) über der Erde kreisen und sich mit einer Geschwindigkeit von 14 000 km/h (8 700 mph) bewegen.

Obwohl wir nur drei Satelliten benötigen, um einen Standort auf der Erdoberfläche zu bestimmen, wird häufig ein vierter Satellit eingesetzt, um die Informationen der anderen drei zu bestätigen. Der vierte Satellit versetzt uns auch in die dritte Dimension und ermöglicht es uns, die Höhe eines Geräts zu berechnen.

Was sind die drei Elemente von GPS?

GPS besteht aus drei verschiedenen Komponenten, den so genannten Segmenten, die zusammenarbeiten, um Standortinformationen zu liefern.

Die drei Segmente von GPS sind:

Weltraum (Satelliten) – Die Satelliten, die die Erde umkreisen und Signale zur geografischen Position und Tageszeit an die Nutzer senden.

Bodenkontrolle – Das Kontrollsegment besteht aus Überwachungsstationen auf der Erde, Hauptkontrollstationen und Bodenantennen. Zu den Kontrolltätigkeiten gehören die Verfolgung und der Betrieb der Satelliten im Weltraum sowie die Überwachung der Übertragungen. Es gibt Überwachungsstationen auf fast allen Kontinenten der Welt, einschließlich Nord- und Südamerika, Afrika, Europa, Asien und Australien.

Nutzergeräte – GPS-Empfänger und -Sender, darunter Geräte wie Uhren, Smartphones und Telematikgeräte.

Wie funktioniert die GPS-Technologie?

GPS funktioniert durch eine Technik namens Trilateration. Die Trilateration wird zur Berechnung von Standort, Geschwindigkeit und Höhe verwendet und sammelt Signale von Satelliten, um Standortinformationen auszugeben. Sie wird oft mit der Triangulation verwechselt, die zur Messung von Winkeln und nicht von Entfernungen verwendet wird.

Satelliten, die die Erde umkreisen, senden Signale, die von einem GPS-Gerät, das sich auf oder nahe der Erdoberfläche befindet, gelesen und interpretiert werden. Um den Standort zu berechnen, muss ein GPS-Gerät die Signale von mindestens vier Satelliten lesen können.

Jeder Satellit des Netzes umkreist die Erde zweimal am Tag, und jeder Satellit sendet ein eindeutiges Signal, Orbitalparameter und die Uhrzeit. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann ein GPS-Gerät die Signale von sechs oder mehr Satelliten empfangen.

Ein einzelner Satellit sendet ein Mikrowellensignal aus, das von einem GPS-Gerät aufgefangen und zur Berechnung der Entfernung zwischen GPS-Gerät und Satellit verwendet wird. Da ein GPS-Gerät nur Informationen über die Entfernung zu einem Satelliten liefert, kann ein einzelner Satellit nicht viele Standortinformationen liefern. Satelliten geben keine Informationen über Winkel ab, so dass der Standort eines GPS-Geräts überall auf der Oberfläche einer Kugel liegen könnte.

Wenn ein Satellit ein Signal sendet, erzeugt er einen Kreis mit einem Radius, der vom GPS-Gerät zum Satelliten gemessen wird.

Wenn wir einen zweiten Satelliten hinzufügen, entsteht ein zweiter Kreis, und der Standort wird auf einen der beiden Punkte eingegrenzt, an denen sich die Kreise schneiden.

Mit einem dritten Satelliten kann der Standort des Geräts endgültig bestimmt werden, da sich das Gerät im Schnittpunkt aller drei Kreise befindet.

Allerdings leben wir in einer dreidimensionalen Welt, was bedeutet, dass jeder Satellit eine Kugel und nicht einen Kreis erzeugt. Der Schnittpunkt von drei Kugeln ergibt zwei Schnittpunkte, also wird der Punkt gewählt, der der Erde am nächsten liegt.

Wenn sich ein Gerät bewegt, ändert sich der Radius (Abstand zum Satelliten). Wenn sich der Radius ändert, werden neue Kugeln erzeugt, die uns eine neue Position liefern. Anhand dieser Daten und der vom Satelliten gelieferten Zeit können wir die Geschwindigkeit bestimmen, die Entfernung zum Zielort berechnen und die voraussichtliche Ankunftszeit ermitteln.

Wozu dient das GPS?

GPS ist ein leistungsstarkes und zuverlässiges Instrument für Unternehmen und Organisationen in vielen verschiedenen Branchen. Vermessungsingenieure, Wissenschaftler, Piloten, Schiffskapitäne, Rettungskräfte und Arbeiter im Bergbau und in der Landwirtschaft sind nur einige der Menschen, die GPS täglich für ihre Arbeit nutzen. Sie nutzen GPS-Informationen für die Erstellung genauer Vermessungen und Karten, für präzise Zeitmessungen, für die Verfolgung von Positionen und Standorten und für die Navigation. GPS funktioniert zu jeder Zeit und unter fast allen Wetterbedingungen.