Wie funktioniert GPS? Die Technik im Navi einfach erklärt

Stefan Bubeck

GPS steckt im Auto-Navigationsgerät, im Smartphone, Tablet, in Smartwatches und anderen Technik-Gadgets. Aber was ist GPS und vor allem: Wie funktioniert es? Wir erklären es ganz einfach.

Wie funktioniert GPS? Die Technik im Navi einfach erklärt

Was ist GPS?

Die Abkürzung GPS steht ausgeschrieben für Global Positioning System – übersetzt: Globales Ortungssystem. Die offizielle (lange) Bezeichnung lautet Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System , oder kurz: NAVSTAR GPS.

Die wichtigsten Fakten:

  • Die Technologie wurde seit den 1970er Jahren von dem US-Verteidigungsministerium entwickelt.
  • GPS wurde am 17.07.1995 offiziell in Betrieb genommen.
  • Vorgänger: NNSS (Navy Navigation Satellite System) der US-Marine, später „Transit“

GPS-Alternativen: Globale Navigationssatellitensysteme aus Russland, China und Europa

  • GLONASS ist das russische Satelliten-Netzwerk (funktionstüchtig).
  • Beidou lautet der Name das chinesische Satelliten-System (in Entwicklung).
  • Galileo heißt das EU-Satellitensystem, das im Dezember 2016 startete
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Die 10 kuriosesten GPS-Zeichnungen (Bildergalerie).

Wie funktionieren Globale Navigationssatellitensysteme?

Für eine Positionsbestimmung, wie sie bei GPS stattfindet, benötigt man mindestens vier Satelliten oder Funkstationen (Sender). Sie senden über Funkcodes permanent ihre Position und aktuelle Zeit zum GPS-Empfänger (dein Smartphone oder Navigationsgerät). Zum Verständnis gehen wir von folgender Situation aus:

  • Vier oder mehr Satelliten befinden sich in der Erdumlaufbahn, jeweils mehrere Kilometer vom Empfänger entfernt

So ermittelt der GPS-Empfänger seine Position:

  1. Der Empfänger bekommt über das empfangene Signal zeitgleich die genauen Positionen und exakten Uhrzeiten der Sender mitgeteilt.
  2. Der GPS-Empfänger misst die Zeit, die ein Signal vom Satelliten (Sender) zum Empfänger braucht (Signallaufzeit) und kann so seinen Abstand zum Satelliten ermitteln. Mit den Messdaten des ersten Signals weiß der GPS-Empfänger, dass er beispielsweise 11 Kilometer vom 1. Sender entfernt ist. Davon ausgehend kann sich der Empfänger nur auf der Oberfläche einer Kugel befinden, die einen Radius von 11 Kilometern hat und in dessen Zentrum der Sender sitzt.
    Für eine Positionsbestimmung ist das freilich noch zu ungenau. Es werden weitere Abstände zu anderen Sendern benötigt, um die mögliche Position einzugrenzen.

  3. Das 2. Signal wird ausgewertet: Der Empfänger weiß nun, dass er sich in einem Abstand von einem zweiten Sender von beispielsweise 12,5 Kilometer befindet. Also eine weitere Kugeloberfläche, auf der die Position liegen muss. Zusammen mit der Information aus dem ersten Signal ist klar: Da sich der Empfänger sowohl auf der Oberfläche der ersten, als auch auf der Oberfläche der zweiten „Abstandskugel“ befinden muss, ist die Schnittmenge der beiden Kugeloberflächen die Lösung. Es bleibt ein Kreis übrig, der die beide Abstände, wie sich ermittelt wurden, erfüllt.
  4. Das 3. Signal wird mit einberechnet: Durch die dritte Entfernung schneiden sich bildlich drei Kugeln im Raum, was die Position des Empfängers auf zwei mögliche Orte reduziert.
  5. Mit dem vierten Signal kann nun die Position nur auf einen möglichen Ort beschränkt werden und ist eindeutig.

GPS Tracker: Dazu eignen sie sich

In erster Linie werden GPS-Empfänger zur Positionsbestimmmung des Benutzers verwendet. Etwa in Form einer Kartenapp fürs Smartphone. Manche Apps sind für bestimmte Einsatzzwecke optimiert, etwa fürs Mountainbiking oder zum Wandern.

Ein weiterer Verwendungszweck ist die Positionsbestimmmung von Gegenständen oder von Haustieren. Ersteres kommt beim immer beliebter werdenden Hobby „Geocaching“ zum Einsatz, einer Art Schatzsuche mittels GPS. Der zweite Fall dürfte vor allem Hundehalter interessieren, die mit ihrem besten Freund gerne im Freien unterwegs sind, wo er auch mal von der Leine gelassen wird. Mit einem GPS-Hundehalsband kann der Besitzer seinen Hund jederzeit orten, selbst wenn dieser außer Sicht- und Rufweite geraten ist.

Auch die Geschwindigkeit lässt sich messen, indem man zu zwei festgelegten Zeitpunkten die Position eines Objektes ortet und seine zurückgelegte Strecke zwischen den beiden Zeitpunkten misst. Dies tun etwa Auto-Navigationsgeräte, die euch ebenfalls eure Geschwindigkeit in Kilometer pro Stunde im Display anzeigen. Generell gilt: Je mehr Satelliten oder Funkstationen, desto genauer ist eure Position.

Erfahrt auch, wie ihr ein Fake-GPS vortäuschen könnt oder was ihr tun könnt, wenn ihr kein GPS-Signal habt.

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    Stefan Bubeck
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