4.1 Ionosphäre / Troposphäre

Die Ionosphäre ist eine Schicht der Atmosphäre, die sich zwischen ca. 80 und 400 km Höhe ausbreitet (nach BACHMANN 1997:35). Den Namen erhält sie von den elektrisch leitenden Teilchen, den Ionen. Durch die ionisierende, ultraviolette Strahlung der Sonne werden in dieser Schicht Ionen freigesetzt. Durchdringt nun ein GPS-Signal diese Schicht, so wird es abgelenkt und es entsteht ein Fehler, der zwischen wenigen Metern und dreissig Metern schwanken kann.
Die Ionosphäre lässt sich zwar nicht in ein mathematisches Modell fassen, jedoch können wir den durch sie entstandenen Fehler berechnen. Dies können wir mit einem Empfänger tun, der beide Trägerfrequenzen (L1, L2) empfangen kann. Wir wissen, dass sich elektromagnetische Wellen in der Ionosphäre umgekehrt proportional zu ihrer Frequenz verlangsamen (1/f^2). Wenn wir also die Ankunftszeit der Frequenz L1 mit derjenigen der Frequenz L2 vergleichen, so ist es uns möglich, den Fehler zu berechnen.

Es können aber längst nicht alle Empfänger beide Frequenzen empfangen. So ist es möglich, an einem Standardtag zu Standardbedingungen die typische Abweichung tiefer und hoher Frequenzen zu bestimmen und diesen Wert dann bei allen Entfernungsmessungen als konstanten Faktor zu berücksichtigen. Diese weniger genaue Methode reicht aus, um die meisten durch die Ionosphäre verursachten Fehler zu kompensieren.
Auch in der Troposphäre können sich elektromagnetische Strahlen nicht ungehindert ausbreiten. Der Fehler ist aber wesentlich kleiner als derjenige der Ionosphäre. Seine Korrektur erfordert ein relativ kompliziertes mathematisches Modell, das in die Positionsbestimmung einbezogen werden muss.

4.2 Uhrenfehler

Wie ich bereits in Kapitel 3 beschrieben habe, ist eine präzise Zeitmessung eine grundlegende Voraussetzung für GPS. Während einer Periode von 12 Stunden dürfen die Uhren an Bord der Satelliten nicht mehr als 5 Nanosekunden von der Systemzeit abweichen (nach THALLER 1999:30). Eine solch hohe Stabilität kann heute nur von Atomuhren gewährleistet werden.
Um eine Positionsbestimmung durchzuführen, brauchen wir noch eine zweite Uhr, und zwar diejenige im Empfänger. Aus Kosten- und Platzgründen finden wir hier keine Atomuhren, sondern hochpräzise Quarzuhren, die gegenüber Temperaturschwankungen und Beschleunigungen sehr resistent sind. Um den Fehler der Quarzuhren zu korrigieren, passen sich diese im jeweiligen Empfänger beim Einschalten (und auch während des Betriebes) der Systemzeit automatisch an.