GPS - Navigation per Satellit

Die Positions­bestimmung und Navi­gation per Satellit hat in den vergan­genen Jahren rasant an Bedeu­tung gewonnen. Navi­gati­onsge­räte für das Auto sind mitt­lerweile für jeder­mann erschwing­lich bzw. fest im Fahr­zeug inte­griert, und auch auf Smart­phones ist GPS inzwi­schen zum Stan­dard-Feature avan­ciert. So sind GPS-basierte Dienste auf Handys zum Alltag geworden. Die satelliten­gestützte Standort­bestimmung hielt mit "Geot­agging" in die Foto­grafie Einzug, und beim Outdoor-Sport von der Fahr­rad­tour bis hin zur Berg­wan­derung sind satelliten­gestützte Helfer meis­tens mit dabei.

GPS (Global Posi­tioning System) ist das Schlag­wort, das allge­mein für die Standort­bestimmung und Navi­gation mit Satel­liten-Unter­stüt­zung verwendet wird. Tatsäch­lich handelt es sich dabei um das ameri­kani­sche globale Satelliten­navigationssystem, das welt­weit auf verschie­dene Weise bei der Ortung und Navi­gation zum Einsatz kommt. Im Folgenden erfahren Sie Details zu den histo­rischen und tech­nischen Hinter­gründen von GPS, welche GPS-basierten Dienste Sie nutzen können und welche GPS-Konkur­renz­systeme bereits verfügbar sind oder sich im Aufbau befinden. GPS-Satelliten-Konstellation (Schema)
Grafik: GPS

GPS - welt­weite Satel­liten-Posi­tions­bestim­mung und Navi­gation

Das vom ameri­kani­schen Militär entwi­ckelte GPS - der voll­stän­dige Name lautet NAVSTAR-GPS (Navi­gational Satel­lite Timing and Ranging GPS) - ist das gegen­wärtig am häufigsten genutzte System für Satel­liten-Positions­bestimmung mit welt­weiter Abde­ckung. GPS wurde von der ameri­kani­schen Regie­rung auch für die zivile Nutzung frei­gegeben, die Kontrolle liegt aber nach wie vor beim US-Verteidigungs­ministerium. In unserem ausführ­lichen Ratgeber erfahren Sie alles Wissens­werte zur histo­rischen Entwick­lung der GPS-Satel­liten-Technik.

Das GPS-Satel­liten­system besteht aus 31 funk­tions­fähigen Satel­liten, die in etwa 20.000 Kilo­metern Höhe und mit 11.200 km/h auf sechs Umlauf­bahnen die Erde umkreisen - darunter 21 Satel­liten, die für den Betrieb benö­tigt werden, vier Ersatz-Satel­liten und sechs weitere Reser­vesa­telliten. Auf der Erde über­nehmen eine Haupt-Kontroll­station (abge­sichert durch eine zweite MCS, Master-Controll-Station), sechs Moni­torsta­tionen der U.S. Air Force sowie 11 zivile Stationen unter behörd­licher Kontrolle die Aufgabe der Über­wachung und Korrektur der Satelliten­laufbahnen. GPS - Navigation per Satellit
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Wie funk­tioniert die Posi­tions­bestim­mung per GPS?

Die eigent­lichen GPS-Empfänger besitzen eine unge­rich­tete Antenne, mit der sie die Funk­daten der Satel­liten empfangen. Der genaue Standort des Empfän­gers - zum Beispiel eines Navis - wird nun aus dessen Entfer­nung zu mindes­tens drei Satel­liten bestimmt: Für die Berech­nung werden die Posi­tions­daten der Satel­liten und die Lauf­zeit (das heißt die zeit­liche Diffe­renz zwischen dem Senden und Empfangen) der Funk­signale ausge­wertet.

Um die Genau­igkeit der Laufzeit­berechnung zu gewähr­leisten, wird ein weiterer Satellit als Refe­renz für die Uhrzeit benö­tigt, denn während die Satel­liten mit Atom­uhren ausge­stattet sind, arbeiten GPS-Empfänger mit Quarz­uhren - eine kleine Zeit­abwei­chung kann schon zu immensen Unge­nauig­keiten in der Stand­ortbe­stim­mung führen. Es müssen also immer mindes­tens vier Satel­liten von der Erde aus sichtbar sein, dabei gilt aber auch: Je mehr Satel­liten gleich­zeitig empfangen werden können, desto präziser wird die Posi­tions­bestim­mung. Im Privat­bereich verwen­dete GPS-Empfänger empfangen mitt­lerweile Funk­daten von 12 Satel­liten.

Mit diesen Geräten können Sie GPS privat nutzen

Im Prinzip ist GPS welt­weit und jeder­zeit kostenlos nutzbar. Aller­dings fallen bei den klas­sischen GPS-Empfangs­geräten zusätz­lich zum Anschaf­fungs­preis gege­benen­falls noch Kosten für spezi­elle Karten an (es sei denn die Karten stammen von OpenStreetMap). Neben fest verbauten und mobilen Navi­gati­onsge­räten fürs Auto sind die robusten Outdoor-Hand­helds beispiels­weise von Garmin, Magellan, Falk und TomTom mitt­lerweile auch in Handy­größe verfügbar. Und die Empfangs­geräte schrumpfen immer weiter: Für den Sport- und Outdo­orbe­reich werden GPS-Uhren fürs Hand­gelenk ange­boten.

Smart­watches mit GPS-Unter­stüt­zung

Darüber hinaus gibt es sehr kleine GPS-Tracker zum schnellen Auffinden von Haus­tieren, von Gegen­ständen wie Fahr­rädern, Koffern oder Autos und solche mit SOS-Funk­tion für die schnelle Versor­gung von hilfe- und pfle­gebe­dürf­tigen Personen im Notfall. Die Geräte besitzen meist eine SIM-Karte zur Über­mitt­lung der Daten an ein Smart­phone oder über das Internet an einen Computer.

GPS-Logger verfügen hingegen über einen internen Spei­cher, auf dem zum Beispiel Outdoor-Touren aufge­zeichnet werden, die später am PC ausge­lesen werden können. Mit einer GPS-Maus wird auch das Tablet, der Laptop, der PC oder das Smart­phone per Kabel oder Blue­tooth zum noch präzi­seren und leis­tungs­stär­keren Navi­gati­onsgerät. Per App verwan­delt sich auch das Smart­phone selbst in ein Navi - aller­dings wird dafür ein mobil­funk­gestütztes Assis­tenz­system, das Assisted Global Posi­tioning System (A-GPS) verwendet und daher werden auch anbieter- und netz­abhän­gige Gebühren fällig.

Smart­phones mit GPS-Unter­stüt­zung

GPS bekommt Konkur­renz

Die Monopol­stellung der Ameri­kaner bei der Positions­bestimmung und Navi­gation per Satellit und die damit verbun­denen Abhängig­keiten waren anderen Regie­rungen natür­lich ein Dorn im Auge. Daher gibt es mitt­lerweile einige Alter­nativen zu GPS. Russ­land hat schon in Zeiten des Kalten Krieges sein GLONASS-System entwi­ckelt, das mitt­lerweile auch eine welt­weite Abde­ckung bietet. Zudem bietet inzwi­schen China mit seinem Satel­liten-System Beidou eine globale Abde­ckung. Auch die Euro­päische Union brachte mit dem seit 2020 global nutz­baren Galileo ein GPS-Konkurrenz­system mit betont ziviler Kontrolle an den Start.

Die Unter­stüt­zung für GLONASS, Beidou und Galileo bieten mitt­lerweile die meisten aktu­ellen Smart­phones. In der Regel verwenden diese das System aber nur als Ergän­zung zu GPS, wenn kein ausrei­chend starkes GPS-Signal vorhanden ist.

In einem eigenen Ratgeber haben wir für Sie ausführ­lichere Infor­mationen zu den GPS-Alter­nativen zusam­menge­stellt. Auch der Aufbau des GPS-Systems verlief nicht unkom­pliziert. Auf einer weiteren Seite können Sie mehr zur Geschichte und Technik von GPS nach­lesen.