2 Einführung in GPS
 

Bei allen im vorherigen Kapitel vorgestellen Navigationssystemen lagen die Sendestationen am Boden. GPS aber arbeitet als erstes Navigationssystem mit Satelliten. Im Jahre 1978 wurde der erste GPS Satellit in seine Umlaufbahn geschickt, und es begann ein neues Zeitalter der Navigation.



2.1 Die Idee

Im Jahre 1973 erteilte das U.S. Department of Defence den Auftrag, ein Navigationssystem zu entwickeln, das folgende Ansprüche erfüllen musste:
- Die Position und Geschwindigkeit eines beliebigen Objektes, sei es ruhend oder in Bewegung, muss bestimmt werden können
- Wetter- und Ortsunabhängigkeit
- Genaue Zeitinformation
- Echtzeitinformation, d.h. die Daten sollen ohne wesentliche Zeitverzögerung zur Verfügung gestellt werden
- Eine Genauigkeit von wenigen Metern

Das ursprünglich für militärische Zwecke entwickelte System Namens Navigation System with Timing And Ranging Global Positioning
System (NAVSTAR GPS) konnte die gestellten Anforderungen erfüllen. Schon seit einiger Zeit findet das NAVSTAR GPS – besser bekannt unter dem Namen GPS – in allen denkbaren Bereichen zivile Anwendungen.
So ist doch GPS aus der Luft- und Seefahrt nicht mehr wegzudenken. Aber auch in der Fahrzeugnavigation, der Vermessung und in vielen Freizeitbeschäftigungen findet GPS Gebrauch. Nach der folgenden Definition von GPS, werde ich in Kapitel 7 auf die verschiedenen Anwendungen von GPS zu sprechen kommen.



2.2 Definition

Um später die z.T. detaillierten Ausführungen besser zu verstehen, möchte ich bereits hier kurz erläutern, was GPS eigentlich ist:
Das Global Positioning System (GPS) ist ein Satellitenpositionierungssystem, das aus drei Segmenten, dem Raum-, Kontroll- und Nutzersegment besteht.
   
 
  Abb.2: Übersicht des Systems GPS

Das Raumsegment von GPS besteht aus 24 Satelliten, welche die Erde in einer Höhe von ca. 20'000 Kilometern in rund 12 Stunden umkreisen. Die Satellitenbahnen sind in Bezug auf den Äquator um 55° geneigt und sind so ausgewählt worden, dass jederzeit an jedem Punkt auf der Erde mindestens vier Satelliten sichtbar sind (nach BACHMANN 1997:28). Die GPS Satelliten senden in einem bestimmten Zeitintervall auf zwei Frequenzen, und zwar auf der Frequenz L1 mit 1575.42 MHz für die zivilen Benutzer, und auf der Frequenz L2 mit 1227,6 MHz für den militärischen Gebrauch jeweils hochpräzise Informationen über ihre eigene Bahn (nach THALLER 1999:19).
       
   
  Abb.3: Darstellung eines GPS-Satelliten   Abb.4: Aufbau der GPS-Satelliten

Das Kontrollsegment besteht aus einer Master Station (Haupt-Kontroll-Station), die sich auf der Falcon Air Force Base in Colorado Springs, USA, befindet, und vier weltweit verteilte Monitor Stationen (Überwachungsstationen). Die Monitor Stationen haben die Aufgabe, das System zu überwachen. Allfällige Korrekturen werden der Master Station zugesendet, welche die entsprechenden Korrekturdaten den Satelliten übermittelt.
Das Benutzersegment beschreibt alle Nutzer, sei es nun im militärischen oder zivilen Bereich.
Mit einigen Verbesserungen ist das System heute noch mit demselben Grundprinzip der damaligen Entwicklung im Einsatz.
vgl. Kapitel 3.2.2, GPS-Signal
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