GPS-Frequenz – Genauigkeit und Präzision

Das Kürzel GPS ist den meisten aus dem Bereich der Navigation bekannt, es steht für den Begriff global positioning system. Die Abkürzung bedeutet soviel wie Positionsbestimmungssystem. Es ermöglicht eine genaue Positionsbestimmung, indem es Satellitensignale empfängt und deren Daten auswertet. 

Doch mithilfe von Navigationsdaten kann weitaus mehr gemacht werden, als eine reine Ortung. Daher findet GPS immer häufiger Anwendung im Alltag, sie bieten die Möglichkeit Strecken aufzuzeichnen, Bewegungen zu speichern und detaillierte Profile zu erstellen. 

Genauigkeit und Anwendung von GPS

Das Satellitensignal ist für die Genauigkeit zuständig, es beeinflusst in großem Maße das Ergebnis der Messung. Eine Übertragung an den GPS-Empfänger kann nur dann genau sein, wenn eine Reihe bestimmter Kriterien erfüllt werden. Zum einen muss das GPS-Gerät einen guten Empfangsort haben, um ausreichend Informationen zu empfangen, nur so kann er anhand von Satellitensignalen einen Standort wiedergeben. 

Der GPS-Tracker benötigt die Signale von mindestens 4 Satelliten, die in seiner Nähe ausgestrahlt werden. Neben der Position des GPS-Empfängers spielt auch die Umgebung eine Rolle. Dicker Mauern und dichte Wälder blockieren das Signal und die berechneten Informationen sind somit falsch. Gebirge können die Signale verfälschen und spiegeln, was ebenfalls zu Fehlinformationen führt. 

Die GPS-Satelliten befinden sich im Weltall, umkreisen die Erde und senden ihre GPS-Signale in regelmäßigen Abständen aus. Die einzelnen Satelliten verfügen über ein jeweils individuelles Signal. Der Empfänger erhält die Informationen, wenn das Signal ausgesandt wurde, mittels der Zeitdifferenz zwischen Sende- und Empfangszeit, der Position des Satelliten und der Position des Empfängers kann das GPS-Signal ausgewertet werden. Weitere Satelliten senden Korrektursignale, um eine eventuelle Ungenauigkeit auszuschließen und ermöglichen eine Korrektur des Signals. 

Ursprünglich wurde das GPS-System für das amerikanische Militär entwickelt, einige Jahre später wurde es für die zivile Nutzung freigegeben. Seither hat sich die Genauigkeit der Positionsbestimmung immens verbessert, da das System stetig weiterentwickelt wurde. 

Welche Frequenz wozu dient 

Die Trägerfrequenz ist im Zusammenhang mit der Funktionsweise besonders relevant, ebenso wie die Modulationsweise und auch die Amplitude. Die gewählte Signalstruktur ermöglicht es, Positionsbestimmungen, Entfernungs- und Geschwindigkeitsbestimmungen vorzunehmen, auch kann man somit Navigationsnachrichten aussenden. Gleichzeitig können mehrere Satellitensignale empfangen werden, sowie Korrekturen für ionosphärische Verzögerungen der Signale angeben werden. Eine Korrektur von Störungsempfindlichkeiten gegenüber Interferenzen und Mehrwegeffekten lassen sich ergänzend korrigieren. 

Die Freuquenz des Signals der Satelliten befindet sich im L-Band, dieses umfasst 1000 MHz bis 2000 MHz. Reguläre GPS-Empfänger nutzen die L1-Frequenz mit 1575,42 MHz, eine Wellenlänge von 19,05 cm, die militärischen Geräte hingegen verwenden die L2-Frequenz, diese verfügt über 1227,60 MHz. Auf der L1-Frequenz findet die Übertragung von Navigationsdaten und der standard positioning codes statt. Die L2-Freuquenz überträgt genauere prescision positioning codes, um diese zu empfangen ist ein Zweifrequenzgerät notwendig. 

Bei der Übertragung werden drei unterschiedliche Datentypen weitergeleitet: Der Almanach, welcher grobe Zeitdaten sowie Statusinformationen der Satelliten beinhaltet. Die Ephemeris, die die Umlaufdaten zur und wichtige Informationen zum Satelliten enthält. Die Übertragung auf zwei Frequenzen steigert also die Genauigkeit der ermittelte GPS Position und der Zeitbestimmung. Die Nutzung von zwei Frequenzen vermeidet Fehler, die durch die ionosphärische Brechung der Funkwellen entstehen können. 

GPS-Positionsbestimmung

Die Positionsbestimmung via GPS oder mithilfe anderer Satellitensysteme wie beispielsweise Galileo findet in vielen alltäglichen Abläufen Gebrauch. So wird die Ortsbestimmung zum Beispiel für die Luftfahrt, das Militär, Spedition und Logistik sowie das Navigationssystem in Fahrzeugen eingesetzt. Mithilfe des erhaltenen Satellitensignals und der Laufzeit kann die eigene Position sehr genau bestimmt werden. Eventuelle Zeitfehler werden mittels Korrekturdaten ausgeglichen. Der GPS-Frame enthält die Navigationsnachricht, in der alle wichtigen Informationen enthalten sind: Position der Empfangsantenne, Sendefrequenz, Bahndaten und Herkunft des GPS-Signals. Anhand der übermittelten Codefolgen kann das Gerät genau bestimmen, wo es sich befindet. GPS-Tracker werden vielfältig eingesetzt und erleichtern den Ablauf einer modernen Gesellschaft. Für eine Ortung ist nicht mehr nur ein Tracker mit Antenne erforderlich. Moderne Smartphones enthalten einen GPS Chip, der weitere Funktionen und die Nutzung ortsbezogener Dienste ermöglicht.