Wie GPS tatsächlich funktioniert

Wir leben bereits in der Zukunft. Wir haben Handheld-Geräte, die Satelliten verwenden, um unsere genauen Standorte fast überall auf der Welt zu bestimmen. Aber haben Sie sich jemals gefragt, wie GPS funktioniert?

GPS-Geräte kontaktieren nicht wirklich Satelliten und übertragen ihnen Informationen. Sie empfangen nur Daten von Satelliten – Daten, die ständig übertragen werden. GPS ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, mit der Geräte Ihren Standort bestimmen können.

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Von Satelliten bis zur Handfläche

Das globale Positionsbestimmungssystem wurde ursprünglich von den Vereinigten Staaten für militärische Zwecke entwickelt, wurde aber schließlich für zivile Zwecke geöffnet. Mindestens 24 GPS-Satelliten befinden sich ständig im Orbit um die Erde und senden ständig Daten.

Die Satelliten sind so im Orbit angeordnet, dass von jedem Punkt der Erde aus vier Satelliten am Himmel sichtbar sind. (Sie können sie nicht wirklich sehen, aber es gibt einen direkten Weg für die Funkübertragungen.) Das bedeutet, dass GPS nicht funktioniert, wenn die Signale blockiert sind – Sie möchten einen ziemlich direkten Weg zwischen Ihnen und dem Himmel. In einem unterirdischen Bunker oder in einer Höhle unter einem Berg wird es nicht funktionieren.

GPS-Satelliten senden ständig Funksignale in Richtung Erde. Jede Übertragung enthält den Standort des GPS-Satelliten und die Uhrzeit, zu der das Signal gesendet wurde. Jeder Satellit hat eine Atomuhr an Bord, sodass die Zeit sehr genau ist.

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Wie GPS Ihren Standort bestimmt

Ein Gerät mit integriertem GPS – sei es ein dediziertes GPS-Navigationsgerät im Auto oder ein Smartphone – fungiert nur als GPS-Empfänger. Ein Gerät mit GPS „kontaktiert“ nicht wirklich Satelliten, um seinen Standort zu bestimmen. Stattdessen lauscht es nur auf die Radiosignale, die die ganze Zeit von diesen Satelliten ausgestrahlt werden.

Ein GPS-Empfänger „horcht“ auf Signale von vier oder mehr Satelliten. Signale von den näher gelegenen Satelliten werden früher ankommen, während Signale von den weiter entfernten Satelliten später ankommen. (Der tatsächliche Zeitunterschied ist sehr gering, kann aber vom GPS-Empfänger erkannt werden.) Durch den Vergleich der Sende- und Empfangszeit des Signals kann der Empfänger die relative Entfernung zu allen vier Satelliten schätzen. Mittels Trilateration kann der Empfänger dann seinen Standort bestimmen.

Trilateration klingt vielleicht etwas kompliziert, ist aber eigentlich ziemlich einfach. Stellen Sie sich vor, jemand würde Ihnen sagen, dass Sie 500 Meilen von New York, 800 Meilen von Miami und 700 Meilen von Kansas City entfernt sind. Mit diesen Informationen können Sie eine Region mit der richtigen Entfernung zu all diesen Städten bestimmen und Ihren aktuellen Standort schätzen. Wenn wir Ihnen Ihre Entfernung zu einer vierten Stadt mitteilen, könnten Sie Ihren Standort noch genauer einschätzen. Das ist kurz gesagt Trilateration, und genau das tun GPS-Empfänger, wenn Sie sie verwenden.

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Alternativen zu GPS

GPS ist nicht die einzige Möglichkeit, Ihren aktuellen Standort zu bestimmen. Der 911-Dienst verwendet Informationen zur Mobilfunkstärke, um die Position von Mobiltelefonen zu triangulieren. Dies funktioniert auf ähnliche Weise – indem Sie die Signalstärkeunterschiede zwischen mehreren Mobilfunkmasten messen, kann Ihr Gerät Ihren aktuellen Standort einschätzen.

Einige Geräte können auch ein Wi-Fi-basiertes Positionsbestimmungssystem (WPS) verwenden, um ihren aktuellen Standort zu bestimmen. Die Street View-Trucks von Google fahren herum und erfassen die Namen von nahegelegenen Zugangspunkten und deren relative Stärke an bestimmten Orten. Ihr Smartphone sucht nach drahtlosen Netzwerken in der Nähe und sendet dann eine Liste mit ihren Namen und Signalstärken an die Server von Google. Google verwendet ihre Datenbank und schätzt, wo Sie sich befinden. (Google ist nicht der einzige Anbieter von Wi-Fi-basierten Positionsbestimmungssystemdaten, aber es ist der, mit dem die meisten Leute vertraut sind.) Dies kann besonders praktisch an Orten in Innenräumen sein, die GPS-Signale nicht erreichen können.

Das GPS-System ist auch nicht das einzige Netzwerk von Satelliten, das zur Positionsbestimmung verwendet werden kann. Russland hat ein eigenes GLONASS-System und China hat BDS. Europa arbeitet auch an einer eigenen Alternative zu GPS, bekannt als Galileo. GPS könnte in Kriegs- oder Konfliktzeiten abgeschaltet oder eingeschränkt werden, daher möchten die Nationen, dass ihre eigenen Satelliten autark sind.

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GPS allein ist kein Datenschutzproblem – wenn Sie beispielsweise ein altes GPS-Gerät für Ihr Auto haben, ist es wahrscheinlich nicht in der Lage, Ihren Standort zu übertragen. GPS kann jedoch in Kombination mit Übertragungstechnologie ein Datenschutzproblem darstellen. GPS-Ortungsgeräte verwenden nicht nur GPS-Empfänger – sie speichern die GPS-Daten für einen späteren Abruf oder übertragen die GPS-Daten.