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Wie funktioniert die GPS-Ortung?

Die GPS-Ortung ist die Basis aller Navigationsgeräte, da dem Fahrer dadurch eine Navigation in Echtzeit ermöglicht wird und das Navi jederzeit weiß, an welcher Stelle es sich befindet. Dadurch bekommt der Fahrer nicht nur die Information wo er in welche Straße abbiegen muss, sondern er bekommt auch eine exakte Ansage, wann er abbiegen soll, da das Navi weiß, an welcher Stelle sich die Abbiegung befindet. Soweit nichts neues. Aber wie funktioniert die Standort-Ermittlung mittels GPS denn nun genau?

Alles basiert auf Satelliten:

Navi FunktionsweiseDreh- und Angelpunkt der ganzen Technik sind GPS-Satelliten, welche vor ca. 40 Jahren in den Weltraum geschickt wurden und seitdem die Erde umrunden. Diese Satelliten senden ständig Signale aus, welche die Navigationsgeräte in unseren Autos empfangen und auslesen können.

In jedem der Satelliten ist dafür eine Atomuhr verbaut, welche eine Ungenauigkeit von weniger als einer Sekunde in einer Million Jahren besitzt. Der Satellit sendet dann seine aktuelle Zeit, welche von dem Navi ausgelesen wird.

Das Navi vergleicht dann die Zeit des Satelliten mit der eigenen Zeit und kann damit die Zeitdifferenz ermitteln, die das Signal benötigt hat um auf die Erde zu gelangen. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals bekannt ist, lässt sich damit die Entfernung des Autos von dem Satelliten berechnen.

Da das ganze leichter zu verstehen ist, wenn man es sich bildlich anschauen kann, hier ein kleines Video zur Verdeutlichung:

 

Mehrere Satelliten sorgen für eine genauere Bestimmung:

Das Problem ist nun, dass man ja nicht wissen will, wie weit das Auto von irgendeinem Satelliten entfernt ist, sondern wo sich das Auto auf der Erde befindet. Wir wissen, dass sich das Auto irgendwo auf der Oberfläche einer virtuellen Kugel um den Satelliten herum befinden muss, welche den vorher ermittelten Abstand von Auto und Satellit als Radius besitzt.

GPS-Funktion

Um zu ermitteln wo sich das Auto befindet wird ein weiterer Satellit herangezogen, bei welchem man exakt gleich vorgeht. Man ermittelt erneut die Entfernung des Autos vom Satelliten und erhält damit eine neue Kugeloberfläche auf der sich das Auto befinden könnte.

Führt man dieses Verfahren noch mit einem dritten Satelliten durch, so erhält man einen exakten Schnittpunkt aller drei Kugeloberflächen, wodurch dann klar wird, dass sich das Auto exakt an dieser Stelle befindet. Wem das alles zu schnell ging hier nochmal eine kurze Zusammenfassung:

  1. Ermittlung der Entfernungen vom Auto zu den verschiedenen Satelliten
  2. Ermittlung des Schnittpunktes der möglichen Aufenthaltsorte
  3. Schnittpunkt gibt exakte Position des Autos an

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