Das Global Positioning System (GPS)

ist das weltweit wichtigste Ortungsverfahren. Es wird in Navigationssystemen zu zivilen und militärischen Zwecken weitverbreitet genutzt und vom amerikanischen Verteidigungsministerium betrieben. Seit der Abschaltung der künstlichen Signalverschlechterung im Mai 2000 stellt es auch für zivile Zwecke eine Ortungsgenauigkeit von rund +/- 10 Meter sicher. Weitere GNSS (Global Navigation Satellite System) werden von der Russischen Föderation, China, Japan und Indien betrieben. Das System GALILEO der Europäer befindet sich derzeit noch im Aufbau. Weitere Informationen zu den einzelnen Systemen finden Sie auch unter Satellitensysteme.

Das System GPS oder exakt NAVSTAR-GPS besteht aus 24 Satelliten (bzw. 31 Satelliten / Stand: September 2010), die auf sechs kreisförmigen Bahnen im 24-Stunden-Rhythmus in einer Entfernung von rund 20.000 km um die Erde kreisen. Diese Anordnung stellt sicher, dass immer mindestens das Signal von vier Satelliten erfasst werden kann. Dies stellt die Positionsberechnung mittels Triangulationsprinzip (mindestens drei Satelliten) sicher. Damit kann jeder Punkt der Erde mit einer gewissen Genauigkeit bestimmt werden. Jeder Satellit sendet innerhalb der Nachricht mehrere Informationen:

• den Pseudo-Zufalls-Code (zur Positionsbestimmung)
• das Almanach-Signal (Bahndaten aller Satelliten)
• das Ephemeriden-Signal (hochpräzise eigene Bahndaten)
• das Zeitkorrektur-Signal (Zeitbestimmung)
• den Systemzustand

Der Pseudo-Zufalls-Code wird auf zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet. Der eine ist für die militärische (L2), der zweite für die zivile Nutzung (L1) vorgesehen.

Die Qualität des GPS-Signals ist stark zeit- und ortsabhängig (Stellung der Satelliten am Himmel). Die garantierte maximale Abweichung bei 95 % der Zeit beträgt derzeit (1/2009) ca. 20,4 m horizontal und ca. 25 m (vertikal).

GPS-Signale werden in einem sehr hohen Frequenzbereich (1,2 bzw. 1,5 GHz) ausgesendet, um die weiten Distanzen problemlos zurückzulegen. Nachteil der hohen Frequenzen ist die leichte Abschirmbarkeit der Signale bei fehlender Sichtverbindung zum Himmel, z.B. in Gebäuden. Im Freien beträgt die Leistung des GPS-Signals garantierte -130 dBm im L1 Band und -128 dBm im L2 Band. Da dieser Signalpegel im sogennanten Rauschen untergeht muss ein ausreichender Rausch/Signalabstand von ca. 24-29 dB-Hz vorhanden sein um das Signal decodierten zu können. Die maximale spektrale Leistungsdichte des empfangenen Signals beträgt - 190 dBm/Hz, die Rauschleistungsdichte z.B. des Weltalls wird mit - 174 dBm angegeben. Damit benötigt ein moderner GPS-Receiver eine Mindeststärke des GPS-Signals von -145 bis -150 dBm am Eingang(- 174 dBm - 24 bzw. 29 dB-Hz).

Beim Aufbau von GPS-Systemen sollte deshalb vor allem auf eine hohe Qualität bei der Wahl der geeigneten GNSS-Antenne geachtet werden, da diese durch integrierte hochwertige Filter und Low-Noise-Verstärker entscheidend zur einwandfreien Funktion des Systems beiträgt.