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Lexikon der Geographie: GPS

GPS, Global Positioning System, satellitengestütztes Ortungssystem zur Bestimmung der Position eines beliebigen Punktes auf der Erdoberfläche. GPS wird unter der vollständigen Bezeichnung NAVSTAR-GPS (Navigation System with Time and Ranging) unter der Verantwortung des US-Verteidigungsministeriums seit Mitte der 1970er-Jahre aufgebaut, unterhalten und weiterentwickelt. Für zivile Nutzer ist eine ständige Verfügbarkeit im Rahmen des Standard Positioning Service (SPS) garantiert. GPS hat sich wegen seiner globalen Einsatzmöglichkeit, Allwettertauglichkeit, einfachen Handhabung und des hohen Genauigkeitspotenzials zu dem wichtigsten Verfahren der Positionsbestimmung und Navigation entwickelt. Die Satellitenkonfiguration besteht nominell aus 24 Satelliten in einer Bahnhöhe von 20.200 km, und ist so gestaltet, dass von jedem Punkt der Erde aus gesehen jederzeit mindestens vier Satelliten über dem Horizont stehen. Das Navigationsprinzip beruht auf der gleichzeitigen Messung sog. Pseudoentfernungen zwischen mindestens vier Satelliten und einem GPS-Empfänger auf der Nutzerseite. Dazu senden die Satelliten auf zwei Trägerfrequenzen (L1=1,57 GHz; L2=1,23 GHz) codierte Signale sowie die vom Kontrollsegment bestimmten Broadcastephemeriden zur Berechnung der Satellitenpositionen aus. Aus den jeweiligen Satellitenpositionen und den aus der Laufzeitmessung durch Multiplikation mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ermittelten Pseudoentfernungen wird empfängerintern in Echtzeit oder durch nachträgliche Bearbeitung der aufgezeichneten Daten (Postprocessing), ggf. gemeinsam mit den Daten anderer Beobachtungsstationen, die Nutzerposition berechnet. Je nach Messanordnung, Satellitenkonfiguration, Signalnutzung und Fehlermodellierung lassen sich sehr unterschiedliche Genauigkeiten erzielen. Wesentliche Fehlerquellen beim GPS sind die verfügbaren Bahninformationen und die GPS-Signalausbreitung in der Atmosphäre und in der Antennenumgebung. Seit dem Abschalten von Selective Availability (SA), eine aus militärischen Gründen eingeführte Signalverschlechterung, am 1. Mai 2000 ist die erzielbare Genauigkeit für zivile Nutzer mit einem Zweifrequenzempfänger besser als 15 m. Durch Relativmessungen zu bestehenden oder gesondert eingerichteten GPS-Referenzstationen lässt sich ein bedeutender Anteil der wirksamen Fehler durch Differenzbildung der Beobachtungsgrößen eliminieren. Bei dieser mit Differenzial-GPS (DGPS) bezeichneten Vorgehensweise ist mit Codesignalen eine Genauigkeit von 2 bis 5 m und mit Trägersignalen eine Genauigkeit von wenigen cm erreichbar.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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