Holodeck GPS ist aus dem

Es ist in jedem Smartphone verbaut. Aber auch in Uhren, Autos, Laptops und sogar Rasenmähern steckt es drin. Alltag nicht mehr wegzudenken. Aber wie funktioniert das Global Positioning System überhaupt?

Die wohl wichtigste Anwendung für GPS ist das Navi. Egal ob mit dem Handy oder dem im Auto integrierten. Ohne Navi kommen wir nicht mehr weit. Vor allem dort nicht, wo wir uns nicht auskennen. Selbst auf einer Strecke, die man kennt, ist es wichtig. Nämlich dann, wenn man im Stau steckt und ungefähr wissen will, ob man zu spät kommen wird oder nicht.

GPS ging 1995 in Betrieb. Das System wurde vom US-Verteidigungsministerium für militärische Zwecke entwickelt. Bis 2000 war es für die zivile Nutzung eher unbrauchbar, da die Genauigkeit künstlich verschlechtert wurde. Sie betrug bestenfalls 100 Meter. Am 2. Mai 2000 wurde diese Störung abgedreht und erlaubte eine Standortgenauigkeit von 10

Metern. Manchmal sogar noch besser, wenn man mehr als vier Satelliten empfangen kann.

Aber wie funktioniert GPS nun genau? In etwa 20.000 Metern über der Erde kreisen auf sechs Bahnebenen mindestens 24 aktive Satelliten. Alle umkreisen unseren Planeten zwei Mal pro Tag. Sie senden im Gießkannenprinzip ihr Signal zur Erde. Darin enthalten sind die Satellitenposition und die Uhrzeit ihrer hochpräzisen Atomuhr.

Der Empfänger, ein Smartphone, ein Auto, eine Uhr oder ein Schiff, braucht die Signale von mindestens vier Satelliten, um anhand der Entfernung zu ihnen die Position auf der Erde zu berechnen. Das heißt, ein simpler GPS-Empfänger braucht letztlich nur eine Antenne, eine Uhr, etwas Speicher und einen Prozessor zum Rechnen. Rückkanal gibt es keinen. Die

Satelliten wissen also nicht, wo das Handy oder das Auto gerade ist. Interessiert die Satelliten auch nicht.

Ganz so simpel, wie das klingt, ist es natürlich nicht. Das mit der Standortgenauigkeit ist so eine Sache. Bei einfachen Anwendungen wie klassischen Navis ist sie mit 5 bis 15 Metern ausreichend. Man merkt’s manchmal bei einer Autobahnabfahrt, wenn der Pfeil im

Navi erst mit Verzögerung auf die Abfahrtsspur springt.

Hinzu kommt, dass das Satellitensignal in der Atmosphäre gebrochen wird. Ideal ist auch, wenn die Satelliten schön am Himmel verteilt sind. Stehen mehrere zu nah zueinander, wird die Standortbestimmung ungenau. Auch Reflexionen des Signals an Hausmauern, im Wald oder engen Tälern können dazu führen, dass es mehrfach empfangen wird. Und schon wieder wird’s ungenau.

Außerdem kann starker Schneefall stören, Regen und Nebel aber nicht. Sogar Sonneneruptionen können GPS stören, wie man 2006 herausfand. Obendrauf darf man nicht vergessen, dass alles in Bewegung ist. Die Erde, die Satelliten und der Empfänger.

Das Dilemma wird mit geostationären Satelliten und, wenn erreichbar, Bodenstationen gelöst. Die senden Korrektursignale aus, die in die ganze Positionsberechnung mit einfließen. Raus kommt eine Genauigkeit von eben 5 bis 15 Metern. Noch genauer bekommt es nur das Militär mit speziell verschlüsselten Signalen hin.

Ganz schön kompliziert und eigentlich schon fast ein Wunder, dass ein kleiner GPSgestützter Rasenmäher (siehe oben) so exakt seinen Weg findet.