Verfahren der GPS-Navigation

GPS steht für "Global Positioning System", also weltweite Standortbestimmung. Navigationssatelliten, die in Erdumlaufbahnen von ca. 20.000 km Höhe zweimal am Tag die Erde umkreisen, senden laufend ihre Bahndaten und die genaue Uhrzeit aus. Aus den Laufzeiten der Signale von mehreren gleichzeitig empfangenen Satelliten und deren Standort berechnet der GPS-Empfänger laufend, z.B. einmal pro Sekunde, seinen Standort auf der Erde.

Die Geräte sind dabei in der Lage, bei ihrer erstmaligen Standortbestimmung entweder einen "AutoLocate" durchzuführen, d.h. selbständig ihre Position zu ermitteln, oder aber nach Angabe des Standort-Landes durch den Bediener dieses in wesentlich kürzerer Zeit aufgrund der jeweiligen Almanach-Daten vorzunehmen (siehe hierzu auch Grundbegriffe der GPS-Navigation).

Das System ist unabhängig von Licht- und Sichtverhältnissen, Missweisung, Ablenkung oder Landmarken. GPS ist also auch dort noch brauchbar, wo andere Orientierungsverfahren versagen. Der Standort kann oft auf einen einzigen Tastendruck hin angezeigt werden, ohne dabei zu rechnen oder zeichnen zu müssen.

Um die Anzeige optimal nutzen zu können, verwendet man am besten eine topographische Karte mit Angaben zum geographischen Netz (Längen- / Breitengrade) oder geodätischen Gitter (siehe Grids: Von Projektionen zu Karten).

Eingeschränkt sind die Empfangsmöglichkeiten dadurch, daß sich Funkwellen der verwendeten Frequenz geradlinig fortpflanzen, also - außer auf See und zumeist auch im Flugzeug - durch Hindernisse (Berge, Bäume, Gebäude) abgeschattet werden können. Für geschlossene Fahrzeuge ist somit zumeist eine Außenantenne sinnvoll, manchmal reicht auch die Anbringung einer Aktivantenne am Fuß der Frontscheibe, wenn diese eine ausreichende Schräge hat.

Ein GPS-Gerät ersetzt in der Regel weder Kompass noch Höhenmesser (insbesondere dann, wenn keine Bewegung erfolgt), auch wenn manchmal ein vergleichbarer Effekt entsteht. Als reiner Empfänger bietet es auch keine Ortungsmöglichkeiten z.B. für Suchtrupps. Die Systemgenauigkeit im Zentimeterbereich stand aufgrund des militärischen Ursprungs und der bewussten Verfälschung für zivile Nutzer (s. u.) bis zum 01.05.2000 nicht zur Verfügung, sondern bewegte sich etwa im 100 m Bereich. Diese Größenordnung reichte in der Regel bereits für Orientierungszwecke, zumal zu berücksichtigen ist, dass z.T. noch größere Fehler durch ungenaue Messungen aus der Karte entstehen können. Seit dem 01.05.2000 wurde die sog. SA (siehe unten) abgeschaltet, womit sich die Genauigkeit der aktuellen GPS-Empfänger drastisch erhöht hat.

Für den mobilen Einsatz reichen (auto)batteriebetriebene Handgeräte, die z.Z. nur noch wenige hundert Gramm bzw. Mark wiegen bzw. kosten. Einbaugeräte bzw. solche für Sondereinsatzzwecke (z.B. Flugverkehr) sind demgegenüber aufwendiger.

Die Hauptfunktionen sind im Dauerbetrieb oder mit Einzelmessungen verfügbar: geographische Breite und Länge, Datum und Uhrzeit (auch für Rechnungen zum Sonnenauf- und -untergang am Zielpunkt), Speichern von Waypoints sowie GOTO - Funktionen (Richtung und Entfernung vom derzeitigen Standort zum eingespeicherten Zielpunkt).

GPS ist genauer, vielseitiger und handlicher als alle anderen bisher verfügbaren Navigationshilfen. Man muss aber davor warnen, sich ausschließlich nur noch von der Satellitennavigation abhängig zu machen. Neben den schon angesprochenen Ungenauigkeiten in der Positionsangabe spricht dagegen, daß auch die Geräte technisch versagen können, also nicht nur die mögliche Abschattung und die Stromversorgung Grenzen setzen, sondern auch Bedienungsfehler, Beschädigungen, Feuchtigkeit und extreme Hitze wie auch Kälte.

Einige wichtige Abkürzungen in der Übersicht

Galileo: Geplantes Navigationssystem Europas, soll ab 2008 in Konkurrenz zum amerikanischen GPS treten, aber mit kompatiblen Satelliten (Siehe dazu auch unser Editorial Neu 05/03).

GNSS: Global Navigation Signal System / Erdumspannendes Navigationssystem.

GPS: Global Positioning System / Erdumspannendes (amerikanisches) Satellitennavigationssystem bestehend aus 24 Satelliten und diese überwachende Bodenstationen. GPS ist das erste und derzeit einzige voll funktionsfähige existierende GNSS.

GLONASS: Erdumspannendes (russisches) Satellitennavigationssystem, es ist unvollständig.

SELECTIVE AVAILABILITY: Kurz "SA": Künstliche Verfälschung der GPS-Signale durch das amerikanische Militär für den zivilen Nutzer. Die Zentimetergenauigkeit wurde hierdurch in den 100 m Bereich verfälscht. Seit dem 01.05.2000 nicht mehr in Betrieb, so dass Messfehler eines normalen GPS-Empfängers mittlerweile im Bereich von unter 10 m liegen.

DGPS: Differential GPS: Eine Bodenstation überwacht und verfeinert GPS-Signale derart, dass die ursprüngliche Genauigkeit des Systems wieder angenähert wird. In der Nordsee sind z.B. diverse DGPS-Stationen im Betrieb, um Hubschraubern den Präzisionsanflug auf die Bohrinseln mit Hilfe von GPS-Navigation zu ermöglichen (garantierte Genauigkeit 1-5 m).