Wie funktioniert GPS?
GPS, oder genauer NAVSTAR-GPS ist die Abkürzung von NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System. Die Funktionsweise ist ebenso einfach, wie genial: man misst, wie lange ein Signal vom Satelliten zum Empfänger braucht und weiß somit, wie groß die Distanz zwischen beiden ist.
Genauer gesagt: Satelliten senden ununterbrochen ihre exakte Position und die genaue Zeit, zu der das aktuelle Signal ausgesendet wird. Im Empfänger wird nun das vom Satelliten ausgesendete Zeitsignal mit der Ankunftszeit verglichen. Aus der Differenz ergibt sich, wie lange das Signal unterwegs war. Multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ergibt sich die Distanz zum Satelliten, dessen genaue Position im Signal beschrieben war. Kennt man so den Abstand zu 3 Satelliten, dessen Positionen bekannt sind, kann man seinen eigenen Standpunkt bestimmen.
Der große Vorteil des GPS ist, dass es ein Einweg-Messsystem ist. Die Empfänger liefern keine Informationen zu den Satelliten zurück, müssen sich z.B. nicht anmelden. Damit kann das System nicht überlastet werden. Die Empfänger erhalten genügend Information von den Satelliten, damit sie selbständig ihre Position rechnen können.
Knackpunkt sind die Uhren
Besonders wichtig bei dieser Laufzeitmessung ist die exakte Zeit. Deshalb sind alle Satelliten mit untereinander abgestimmten Atom-Uhren ausgestattet. Da jedoch das Empfängergerät in der Regel nicht die genaue GPS-Zeit kennt, gibt es eine unbekannte Größe mehr, die bestimmt werden muss: die Empfängerzeit. Diese vierte Unbekannte (neben den drei räumlichen Koordinaten der Empfängerposition) kann nur gelöst werden, wenn man das Signal eines vierten Satelliten empfangen kann. Deswegen sind zur Positionierung nicht nur drei, sondern vier Satelliten notwendig.
Wer betreibt GPS?
Betreiber des GPS ist das US Department of Defense, also das amerikanische Militär. Die Satelliten senden 2 unterschiedliche Signale aus: Ein genaueres und eine ungenaueres. Das genauere Signal („P-Code“), das Positionierungen bis auf wenige cm möglich macht, ist jedoch verschlüsselt und bleibt dem US Militär vorenthalten. Das ungenauere Signal („C/A-Code“) ist für zivile Nutzung kostenlos freigegeben.
Warum wird GPS nicht von Flugzeugen genutzt?
Das US–Militär gibt keine Garantie auf den Bestand des GPS-Systems. Es kann jederzeit die zivile Nutzbarkeit eingestellt werden, indem die öffentlich zugänglichen Signale auch verschlüsselt werden. Diese Unsicherheit ist den Flugzeugbetreibern ein zu großes Risiko.
Zukunft der Flugnavigation
Es könnte jedoch bald passieren, dass ein GPS-System Einzug in die Flugzeugcockpits erhält: die Europäische Union plant mit „Galileo“ ein eigenes Satellitennetz in die Erdumlaufbahn zu bringen, das auf den gleichen Prinzipien wie das amerikanische GPS beruht. Nachdem dieses System nicht für militärische Zwecke genutzt werden soll, muss man nicht mit einer plötzlichen Abschaltung oder Verschlüsselung rechnen. Bei Galileo sollen auch die genaueren der beiden Signaltypen – gegen Gebühr – entschlüsselt werden können. Unter diesen Umständen stünde einer Einführung in der zivilen Luftfahrt nichts mehr entgegen.
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