Grundlegendes zur Positionsbestimmung
GPS steht für Global Positioning System. Diese Technologie bietet eine Hilfe beim Orten und bei der Navigation.
Die Grundlage der Funktionsweise des GPS-Systems besteht in der Entfernungsmessung durch eine exakte Zeitmessung, die ein Signal von einem zum anderen Ort braucht. Dies beschreibt die so genannte Laufzeitmessung.
Die Laufzeitmessung kennen Sie bereits aus dem Alltag: Bei einem Gewitter zuckt ein Blitz, man zählt "21, 22, 23", dann donnert es laut. Aus diesen Beobachtungen wird schließlich gefolgert, dass der Blitz etwa in einer Entfernung von einem Kilometer eingeschlagen hat.
Mit bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit v des Signals und der benötigten Laufzeit Δt vom Sender zum Empfänger kann die Entfernung r zwischen zwei Orten folgendermaßen errechnet werden:
Beim GPS-System bilden Satelliten im Weltall jeweils den Sender. Die Empfänger befinden sich auf der Erde, das sind z.B. Navigationsgeräte in Pkw oder auf Schiffen oder auch GPS-Handgeräte.
Die Satelliten senden ständig Datenpakete aus, welche Informationen zum Sendezeitpunkt und zur aktuellen Position des Satelliten enthalten. Diese Daten gelangen als elektromagnetische Signale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, auf die Erde. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit v der Signale entspricht also der Lichtgeschwindigkeit c.
Auf den folgenden Seiten erfahren Sie,
- nach welchen Verfahren die Position eines GPS-Empfängers aus dem Weltraum bestimmt wird,
- wie viele Satelliten es gibt und wie ihre Umlaufbahnen gewählt werden, damit die Ortung eines GPS-Empfängers mit hoher Genauigkeit möglich wird,
- welche interessanten Anwendungen es gibt, die über das ‘Navi’ im Pkw deutlich hinausgehen.
Es gibt es auch einige Arbeitsblätter, mit denen diese Themen - zum Beispiel im Physik- oder Mathematikunterricht - erforscht werden können.
