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 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 - weltweite Satelliten-Positionsbestimmung und Navigation

GPS-Satelliten-Konstellation (Schema) 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 30 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, drei 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.

Wie funktioniert die Positionsbestimmung per GPS?

GPS - Navigation per Satellit 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. 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 sind 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 arbeitet auch China mit seinem Satelliten-System Beidou an einer GPS-Alternative und die Europäische Union will mit Galileo ein GPS-Konkurrenz­system mit betont ziviler Kontrolle an den Start bringen.

Die Unterstützung für GLONASS 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. Wann die anderen GPS-Konkurrenz­systeme für die zivile Navigation bereitstehen werden, ist bisher noch ungewiss.

Galileo hatte mit Kompetenz- und Finanzierungs­streitigkeiten sowie fehlerhaften Satelliten-Starts zu kämpfen, weshalb die Inbetriebnahme immer wieder verschoben wurde. Beidou soll in Zukunft ebenfalls Positions­bestimmung mit weltweiter Abdeckung bieten, wann genau dies der Fall sein wird, ist aber noch unklar. 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.