GPS-Technik

Geschichte und Technik des Global Positioning System (GPS)

Die Entwicklung und der Aufbau des GPS-Satellitensystems dauerte über 20 Jahre und war keineswegs einfach. Wie GPS entstand und welche Technik dahinter steckt, lesen Sie in unserem Überblick.
Vom teltarif.de-Team zusammengestellt
Kommentare (291)
AAA
Teilen (8)

Grafik mit 3 Satelliten zur PositionsbestimmungGeschichte und Technik des Global Positioning System (GPS) Die Entwicklung und der Aufbau des GPS-Satellitensystems, vom Startschuss im Jahr 1973 bis zur vollen Betriebs­bereitschaft im Jahr 1995, dauerte über 20 Jahre und war keineswegs eine Bilderbuch-Geschichte. Das Budget des Programms wurde mehrfach gekürzt und wieder aufgestockt, die Zahl der ursprüng­lich geplanten 24 Satelliten wurde erst auf 18 zusammen­gestrichen und dann wieder erhöht, nachdem klar geworden war, dass die Funktion des Systems sonst nicht gewährleistet werden konnte. Vom US-Verteidigungs­ministerium entwickelt, war GPS das erste funktionsfähige GNSS (Global Navigation Satellite System). Obwohl es mittlerweile weitreichende zivile Anwendungen des Ortungs­systems gibt, wird es bis heute von der U.S. Air Force betrieben.

Über 20 Jahre GPS: Vom Start in die Zukunft

Nach ersten Systemtests im Jahr 1974 wurden die GPS-Satelliten der ersten Generation - die so genannten Block-I-Satelliten - ab dem Jahr 1978 in ihre Umlauf­bahn etwa 20 000 Kilometer über dem Erdboden geschickt. Der erste Block-II-Satellit wurde im Jahr 1989 installiert und mittlerweile haben die Block-II-Satelliten die Vorgänger-Generation vollständig abgelöst.

Anfang 2016 waren insgesamt 30 funktionsfähige Satelliten in der Umlaufbahn. Mit einer Laufzeit älterer Modelle von 7,5 Jahren und neuerer Block-II-Satelliten von 12 Jahren werden die Modelle kontinuierlich weiterentwickelt und stückweise durch aktuellere Satelliten ausgetauscht. So startet die nächste Generation der GPS-Satelliten, die Block-III-Satelliten, nach längeren Verzögerungen voraussichtlich im Mai 2017 ins All.

Freigabe zur zivilen Nutzung ab 2000 bringt Navigationsboom

GPS-IIIA Navigationssatellit (Symbolbild)GPS-Block-III-Satellit Als Wendepunkt in der Geschichte von GPS gilt der Abschuss der Linien­maschine Korean Airlines Flight 007, die im Jahr 1983, nachdem sie vom Kurs abgekommen und in den sowjetischen Luft­raum geflogen war, dort von sowjetischen Abfangjägern abgeschossen wurde. Als Reaktion auf diesen tragischen Vorfall verkündete der damalige US-Präsident Reagan, das GPS-System solle nach seiner Fertig­stellung auch für die zivile Nutzung freigegeben werden.

Die so genannte erste Betriebs­bereitschaft von GPS (IOC - Initial Operational Capability) erfolgte allerdings erst im Jahr 1993. In diesem Jahr wurde auch die Freigabe zur zivilen Nutzung definitiv beschlossen. Nachdem 1994 die Satelliten­konstellation mit einem weiteren Block-II-Satelliten vervollständigt worden war, gab das US-amerikanische Verkehrsministerium (DoT) 1995 die volle Betriebs­bereitschaft (FOC - Full Operational Capability) bekannt.

Für die zivile Nutzung von GPS wurde aber zunächst nur ein künstlich verschlech­terter Dienst (SA - Selective Availability) bereitgestellt, der eine Positions­bestimmung mit einer Genauigkeit von nur etwa 100 Metern gestattete. Die Abschaltung der Selective Availability erfolgte erst im Jahr 2000. Seitdem sind auch für zivile Nutzer Positions­bestimmungen mit einer Genauigkeit von etwa 10 Metern sowie zuverlässigere Höhenbestimmungen möglich. Die Abschaltung der Selective Availability wird allgemein als Voraussetzung für den Erfolg der zivil genutzten Navigations­systeme gesehen.

Zusätzliche Bodenstationen verbessern Genauigkeit

Mit Erweiterungs­systemen lässt sich die Genauigkeit der GPS-Positions­bestimmung noch weiter verbessern. Die SBAS (Satellite Based Augmentation System) genannten Systeme nutzen Boden­stationen mit exakt bekannten Positionen. Dadurch können sie Korrektur­signale für GPS errechnen, womit frei verfügbare Dienste auch Standort­bestimmungen mit einer Genauigkeit von etwa einem bis drei Metern erreichen können. Der weltweit verfügbare kommerzielle Dienst OmniSTAR bietet hier sogar Genauigkeiten im Bereich von zehn Zentimetern.

EGNOS SatellitenserviceEGNOS Satellitenservice Die Korrektur­signale beziehen sich auf Fehler wie Schwankungen in den Umlaufbahnen der Satelliten oder Störungen der Laufzeit der Signale in der Ionosphäre und werden über geostationäre Satelliten übertragen. Es gibt verschiedene untereinander kompatible SBAS-Systeme wie WAAS (Wide Area Augmentation System) für Amerika, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) für Europa, MSAS (Multi-Functional Satellite Augmentation System) für Japan oder GAGAN (GPS Aided Geo Augmented Navigation) für Indien. EGNOS arbeitet mit etwa 30 Bodenstationen und drei geostationären Satelliten (Artemis und Inmarsat). Neben der Luftfahrt unterstützen die SBAS-Systeme so auch eine genauere Anwendung für die Navigation im Straßenverkehr.

A-GPS: Schnellere GPS-Ortung durch Mobilfunk

A-GPS (Assisted GPS) verbindet die Positions­bestimmung per Satellit mit Assistenz­informationen, die über Mobilfunk­netze ausgesendet werden. Der individuelle GPS-Empfänger wird mit A-GPS entlastet: Er muss nur noch die Ankunfts­zeiten der Satelliten-Signale messen. Den Empfang weiterer Informationen wie Fehler­korrektur-Daten übernimmt ein an das A-GPS-System angeschlossener Referenz­empfänger. Der Vorteil von A-GPS ist neben einer wesentlich schnelleren Positions­bestimmung (TTFF - Time To First Fix) die bessere Lokalisierungs­möglichkeit auch in Umgebungen mit schlechtem GPS-Empfang wie in Städten, was sich vor allem positiv auf die tägliche Navigation mit dem Smartphone auswirkt.

Teilen (8)

Aktuelle Meldungen zum Thema GPS-Navigation