GPS ist ursprünglich zur Positionsbestimmung und Navigation in dem militärischen Bereich (in Waffensystemen , Kriegsschiffen, Flugzeugen) vorgesehen. Heute wird es jedoch auch in dem zivilen Bereich genutzt: in der Seefahrt, Luftfahrt, durch Navigationssysteme in dem Auto, zur Orientierung in dem Outdoor -Bereich, in dem Vermessungswesen etc. In der Seefahrt löste GPS verschiedene ältere, auf Funk basierende Navigationssysteme wie z.B. Decca oder OMEGA ab.

Da heutige GPS-Geräte normalerweise einen internen Logspeicher haben, im zu definierten Zeitpunkten Einträge erfolgen, wird GPS stets stärker auch als Dokumentationssystem eingesetzt: Insbesondere bei Segelflugzeugen, Hängegleitern und Gleitschirmen hat sich die GPS-Dokumentation bei Wettkämpfen als Standard durchgesetzt.

Aber auch in dem Flottenmanagement von Spediteuren und in dem Außendienst ist GPS ein stets wichtiger werdender Punkt zur Optimierung der eingesetzten Mittel.

GPS-Empfänger der Firma Garmin (2002)

GPS basiert auf insgesamt 24 Satelliten, die die Erde umkreisen und dabei Signale ausstrahlen, die von speziellen Empfangsgeräten ausgewertet werden. Derzeit (2003) sind wegen frequentierendem Austausch sogar 28 Satelliten in dem Orbit der Erde. Aus den Laufzeiten, die die Satellitensignale benötigen, um vom Satelliten zu dem Satellitenempfänger zu gelangen, kann der GPS-Empfänger den Abstand zu den einzelnen Satelliten und daher seine Position relativ zu diesen Satelliten errechnen. Für eine solche räumliche Positionsbestimmung sind theoretisch die Signale von mindestens drei Satelliten notwendig. Dies würde aber ca. dann funktionieren, wenn die Uhren in den Satellitenempfängern praktisch fehlerfrei arbeiten würden. Derartige Satellitenempfänger sind aber ca. mit einem so großem Aufwand zu realisieren, dass diese Variante unrealistisch ist. Daher benötigt man einen vierten Satelliten - und damit eine vierte Messgröße -, um neben den 3 Messgrößen geographische Länge, geographische Breite und Höhe auch noch den jeweiligen Uhrenfehler des Satellitenempfängers mit zu bestimmen.

Voraussetzung für diese Berechnungen ist:

• dass die Daten der Umlaufbahnen der Satelliten bekannt sind,
• dass die Daten von den Satelliten mit einem Zeitstempel versehen werden und synchronisiert ausgestrahlt werden.

Dafür ist jeder Satellit mit vier Atomuhren (zwei Cäsium-Uhren und zwei Rubidium-Uhren) ausgestattet. Ein GPS-Signal enthält Informationen zu dem Status des Satelliten, seiner Position sowie seine genaue Uhrzeit. Neuerdings bestimmen einige der Satelliten ihre eigene (relative) Position sogar via GPS. Die hauptsächliche Positionsbestimmung (einschließlich der Uhrensynchronisation) der Satelliten selbst übernehmen jedoch Bodenstationen.

Positionsbestimmung in Fahrzeugen wird durch Einbeziehen von Fahrtrichtung und -geschwindigkeit (Geschwindigkeitssensoren und Kompass) und Kartendaten wesentlich verbessert.

GPS-Satelliten senden auf den Frequenzen L1 = 1575,42 MHz und L2 = 1227,6 MHz. Die Signale werden durch pseudozufälliges Rauschen (PRN = pseudorandom noise) aufgespreizt und sind dadurch weniger anfällig gegenüber Interferenzen. In den benutzten Frequenzbereichen verhält sich die elektromagnetische Strahlung ähnlich wie sichtbares Licht. So ist für den korrekten Empfang eine direkte Sichtverbindung erforderlich. Der GPS-Empfang unterliegt zwar nicht den Wettereinflüssen - sofern man Ereignisse in der Ionosphäre nicht zu dem Wettergeschehen rechnet - ist jedoch in Gebäuden, Tunneln, Tiefgaragen etc. nicht möglich. Auch zwischen hohen Gebäuden kann es durch reflektierte Signale zu Ungenauigkeiten kommen.

Durch sich ständig verbessernde Technologien werden die GPS-Satelliten fortwährend ausgetauscht. Den jeweiligen Generationen liegen folgende Nennungen zugrunde:

Der erste GPS-Satellit wurde 1978 gestartet. Im Dezember 1993 wurde die anfängliche Funktionsbereitschaft (Initial Operational Capability) festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt waren 24 Satelliten in dem Einsatz, es war jedoch ca. eine grobe Positionsbestimmung (SPS) möglich. Die volle Funktionsbereitschaft (Full Operational Capability), die eine genaue Positionsbestimmung (PPS) einschließt, wurde in dem April 1995 bekanntgegeben.== Genauigkeit == Es gibt die folgenden zwei Dienstklassen :

• SPS (Standard Positioning Service) ist für jedermann verfügbar und ist ursprünglich auf eine Genauigkeit von 100 m (in 95 Prozent der Messungen) ausgelegt worden.

• PPS (Precise Positioning Service) ist der militärischen Nutzung vorbehalten und ist ursprünglich auf eine Genauigkeit von 22 m (in 95 Prozent der Messungen) ausgelegt worden. Diese Signale werden verschlüsselt ausgestrahlt.

Um nicht-autorisierte Nutzer (militärische Gegner) von einer genauen Positionsbestimmung auszuschließen, wurde die Genauigkeit für SPS künstlich verschlechtert (Selective Availability, SA). Am 1.05 2000 wurde diese künstliche Ungenauigkeit abgeschaltet, so dass das System seitdem auch außerhalb des bisherigen exklusiven Anwendungsbereichs zur präzisen Positionsbestimmung genutzt werden kann. Dies führte unter anderem zu dem Aufschwung der Navigationssysteme in Fahrzeugen und in dem Außenbereich, da die Messgenauigkeit nun in mindestens 90 Prozent der Messungen besser als 10 m ist. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit (0,5 -5 m) kann durch Einsatz von Differential GPS (DGPS) erreicht werden.

Mit der dritten Ausbaustufe soll die bisherige globale künstliche Verschlechterung lokal z. B. in Krisen- bzw. Kriegsgebieten einschaltbar sein.

Des Weiteren sind einige satellitengestützte Erweiterungssysteme (Satellite-Based Augmentation Systems, SBAS) zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit geplant, EGNOS in Europa und WAAS in den Vereinigte Staaten Amerika.

GPS nutzt eine eigene kontinuierliche Atomzeitskala, welche keine Schaltsekunden berücksichtigt. Seit Einführung von GPS in dem Jahr 1980 hat sich darum die Differenz zwischen der GPS-Zeit und der UTC bis Ende 2003 auf 13 Sekunden aufsummiert. Der aktuelle Wert dieser Differenz wird in dem Nutzdatensignal des Systems übertragen.

Um jene Genauigkeiten zu erreichen, die in der 2c06ed9fe1bee2c1dd86cd03fb5a1 Tausend notwendig sind, wird die Methode der relativen Punktbestimmung benutzt. In diesem Fall wird nicht die absolute Position eines Standpunktes berechnet, sondern es wird mit (mindestens) zwei GPS-Empfängern gearbeitet. Einer befindet sich auf einem bekannten Punkt (Festpunkt), der zweite auf dem neu zu bestimmenden (Neupunkt ). Bei der Auswertung wird die Differenz zwischen den beiden Punkten als Raumvektor berechnet. Durch diese Differenzbildung können verschiedene Störeinflüsse (Refraktion, Fehler in den Satellitenbahnen etc.) ausgeschaltet werden. Auf diese Weise ist eine Relativgenauigkeit von ± 1 bis ± 10 mm pro km zu erreichen (abhängig davon, wie lange die Messdauer beträgt). Um auf Zweitgeräte verzichten zu können, richtet die Landesvermessung der Bundesländer in Deutschland ein Feld von Referenzstationen ein (SAPOS-Netz). Mit Hilfe der Daten dieses Netzes ist eine hochgenaue Positionsbestimmung mit ca. einem Empfänger möglich, bei Verwendung entsprechender Hardware sind hochgenaue Messungen in annähernd Echtzeit möglich.

Für das GPS-System existieren sog. GPS-Jammer (Jammer = engl. für Störsender).

Transit 

Der Vorgänger des GPS von den Vereinigte Staaten Amerika. Sendefrequenz: 150-400 MHz - Entwickelt ab 1958; in Betrieb seit 1964; zivile Nutzung seit 1967; seit 2002 außer Betrieb

GLONASS 

Das russische Pendant zu dem GPS trägt die Nennung GLONASS.

Euteltracs 

Europäisches Positionssystem für Fernverkehr (sehr ungenau). Es sendet mit einer Frequenz von 10-14 GHz. Ist seit 1991 in Betrieb.

Galileo 

Bei der ESA ist ein europäisches System zur Satellitennavigation mit dem Namen Galileo in der Entwicklungs- und Testphase (bis 2005, Aufbau des Satellitennetzes ab 2006, Inbetriebnahme ab 2008 - Stand Juli 2004), da es für zivile Anwender bislang keine Alternativen zu dem US-amerikanischen GPS gibt und die zivile Nutzung davon abhängt, welche Genauigkeit das US-Militär bereitstellt.

 

Es wird mindestens vier Services (siehe SPS und PPS) anbieten. Die zivile und kostenlose Positionsbestimmung wird eine Genauigkeit von 5-8 m bereitstellen.

MTSAS 

(Multifunction Transport Satellite System) ist die Entwicklung Japans. Es sendet mit einer Frequenz von 1,2 GHz. - noch in der Experimentierphase (Stand 2003)

Bei Dou 

in China (Satellite Positioning System) Frequenz: 1,4 GHz - noch in der Experimentierphase (Stand 2003)Siehe auch: Geocaching

• GPS-Links im GISWiki (http://webgis.dyndns.org:8080/giswiki/Wiki.jsp?page=GPS)
• USNO NAVSTAR Global Positioning System (http://tycho.usno.navy.mil/gpsinfo.html)
• Garmin: About GPS (http://www.garmin.com/aboutGPS)
• Informationen der EU zu Galileo (http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/index.htm)
• GPS-Tutorial engl. (http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html)
• Weltweite Koordinaten-Datenbank (http://www.getty.edu/research/tools/vocabulary/tgn/index.html)
• Interaktive Datenbank zum freien Austausch von GPS-Daten (http://www.gps-routen.de)
• Kowoma.de Technische Erklärungen (http://www.kowoma.de/gps)
• GPS-Drawing (Bilder mit GPS zeichnen) engl. (http://www.gpsdrawing.com/)