Kurze Reise zur Erde

Doch woher weiss ein GPS-Empfänger im Smartphone oder Navi eigentlich, wo er sich gerade befindet, und das bei optimalen Bedingungen sogar auf wenige Meter genau? Der GPS-Receiver arbeitet als reiner Empfänger, er sendet selbst keinerlei Daten, sondern wertet nur die Informa­tionen aus, die er von den Satelliten erhält. Diese senden kontinuierlich Datenpakete mit ihrer derzeitigen relativen Position im Orbit sowie der Uhrzeit der Borduhr. Der Empfänger vergleicht diese Uhrzeit mit der seines eigenen Zeitmessers und kann aufgrund der Zeitdifferenz die exakte Laufzeit des Signals errechnen.

Die Satelliten ändern ihre Position pro Sekunde um mehrere Tausend Meter auf einer immer annähernd gleichen Umlaufbahn in 20.000 bis 25.000 Kilometer Höhe, alle zwei Stunden wird dieser Standort ­ausserdem von einer Bodenstation verifiziert und gegebenenfalls der vom Satelliten übermittelte Code korrigiert.

Als Referenzwerte dienen hierzu geostationäre Satelliten, also solche, die ihre relative Position zu einem Punkt auf der Erde nicht ändern. Eines dieser Systeme ist das EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service).

Da die Daten mit annähernd Lichtgeschwindigkeit zur Erde geschickt werden und nur wenige Sekundenbruchteile unterwegs sind, müsste die Uhr im Empfänger extrem akkurat arbeiten, um die erforderliche Genauigkeit von wenigen Metern garantieren zu können. Da dies nur mit einer Atomuhr möglich wäre, sind die Zeitmesser in GPS-Endgeräten mit einer Korrekturfunktion ausgestattet, die eventuelle Fehler bereinigt.

Um nun aus den erhaltenen Informationen eine exakte Position errechnen zu können, benötigt das GPS-Gerät mindestens Daten von vier Satelliten. Drei Satelliten liefern die Lage im dreidimensionalen Raum, ein vierter ist erforderlich, um aus dessen Timecode die Gangungenauigkeit des Geräts ermitteln zu können. Beim GPS-System sind bis zu zwölf Satelliten „sichtbar“, so soll auch in Häuserschluchten der Empfang sichergestellt werden.