„Global Positioning System“ – Versionsunterschied – Wikipedia

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In der Grafik liegt die Bezugshöhe im Erdmittelpunkt, die Erdoberfläche entsprechend bei 6370 km. Die Ordinate ist die Zeitdilatation, bezogen auf eine Erdsekunde. Die obere Kurve gibt Auskunft, um wie viele Sekunden die Zeit in großer Höhe und kleiner Gravitation schneller vergeht. Die Zeitverzögerung durch die Bahnbewegung eines Satelliten folgt aus der unteren Kurve. Die Summe beider Effekte führt zur mittleren Kurve.

Aufgrund der Relativbewegung zwischen Empfänger (Erddrehung) und Satellit (Bahnbewegung) unterliegen die Signale dem relativistischen [[Dopplereffekt]]. Bei einer Trägerfrequenz von 1,5&nbsp;GHz variiert das Signal um ±5&nbsp;kHz. Die Zeit- bzw. Frequenzgenauigkeit der Satellitenatomuhren von besser als 10⁻¹² genügt, um Eigenbewegungen des Empfängers in der Größenordnung von 1&nbsp;m/s zu erkennen. Oft wird irrtümlich darauf hingewiesen, dass diese Gangunterschiede zu einem Positionsbestimmungsfehler von mehreren Kilometern pro Tag führten, wenn sie nicht korrigiert würden. Ein solcher Fehler würde nur dann auftreten, wenn die Positionsbestimmung über die Ermittlung der Abstände des GPS-Empfängers zu drei Satelliten anhand eines Uhrenvergleichs mit einer Uhr im Empfänger erfolgte. In diesem Fall würde sich bei jeder dieser Abstandsbestimmungen ein Fehler von ca. 12&nbsp;km pro Tag anhäufen. Gewöhnliche GPS-Empfänger sind nicht mit einer Atomuhr ausgestattet, stattdessen wird die präzise Zeit am Empfangsort auch aus dem C/A-Code der empfangenen Satelliten bestimmt. Aus diesem Grund sind für eine 3D-Positionsbestimmung mindestens vier Satelliten erforderlich (vier Laufzeitsignale zur Bestimmung von vier Parametern, nämlich drei Ortsparametern und der Zeit). Weil alle Satelliten im Mittel den gleichen relativistischen Effekten ausgesetzt sind, entsteht hierdurch ein vernachlässigbarer Fehler bei der Positionsbestimmung, weil sich dieser Fehler nur über den Laufzeitunterschied auswirkt.<ref>{{Literatur | Autor=Martin Asbeck, Stefan Drüppel, Klaus Skindelies, Markus Stein | Hrsg=Michael Gärtner | Titel=Vermessung und Geoinformation | TitelErg=Fachbuch für Vermessungstechniker und Geomatiker | Verlag=Gärtner | Ort=Solingen | Datum=2012 | Seiten=114–115 | ISBN=978-3-00-038273-4}}</ref> Berücksichtigt werden müssen jedoch noch die Abweichungen aufgrund zeitabhängiger Abstandsänderungen zum Erdzentrum durch die elliptische Bahnkurve.

Damit die Satellitensignale des GPS außer zur Positionsbestimmung auch als Zeitstandard verwendet werden können, wird der relativistische Gangunterschied der Uhren allerdings kompensiert. Dazu wird die Schwingungsfrequenz der Satelliten-Uhren auf 10,229999995453&nbsp;MHz verstimmt, so dass trotz der relativistischen Effekte ein synchroner Gang mit einer irdischen Uhr mit 10,23&nbsp;MHz gewährleistet ist. Weitere relativistische Effekte, wie zum Beispiel der [[Sagnac-Effekt]], sind so klein, dass sie bei stationären Empfängern nicht gesondert berücksichtigt werden müssen.

=== Selective Availability ===

Unter '''[[Selective Availability]]''' ('''SA'''), zu dt. etwa „wählbare Verfügbarkeit“, wird das Hinzufügen von [[Pseudozufall|pseudozufälligem]] Rauschen zu den Signalen für die Positionsbestimmung verstanden. Vor der Abschaltung dieser genauigkeitsverfälschenden Maßnahme am 2. Mai 2000<ref>[http://www.gps.gov/systems/gps/modernization/sa/ ''Selective Availability.''] In: ''GPS.gov.'' Abgerufen am 13. Januar 2017 (englisch).</ref> sollte damit verhindert werden, dass gelenkte Waffensysteme, die außerhalb des US-Militärs zum Einsatz kommen sollten, zur Zielführung mit einem frei erhältlichen GPS-Empfänger ausgestattet werden können. Vor dem Stichtag lag die Genauigkeit der zivilen GPS-Geräte bei etwa 100 Metern oder schlechter, danach bei 10 bis 15 Metern.

== Differential-GPS ==

{{Hauptartikel|Differential Global Positioning System}}

Differential-GPS (DGPS, auch dGPS) ist eine Sammelbezeichnung für verschiedene Verfahren, die zusätzlich zum GPS-Signal Korrekturdaten verwenden, um die Genauigkeit zu erhöhen. Die Korrekturdaten stammen i.&nbsp;d.&nbsp;R. von einem weiteren GPS-Empfänger, der [[Referenzstation]], dessen genaue Position bekannt ist. Die zu einem bestimmten Zeitpunkt auftretenden [[Messfehler|Fehler]] in der Positionsbestimmung nahegelegener Empfänger sind nahezu identisch, sodass sie in der ''Differenz'' herausfallen.

== Datenformate ==

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{{Siehe auch|NMEA 0183}}

Neben diesen Basisformaten speichern die GPS-Geräte unterschiedlicher Hersteller die GPS-Ergebnisse ([[Route]]n, [[Track Log]]s und [[Wegpunkt]]e) häufig in eigenen proprietären Dateiformaten. Als allgemeine Austauschformate bieten sich das [[gpx]]-Format und das [[Google Earth|Google-Earth]]-eigene kml-Format ([[Keyhole Markup Language]]) an. Eine Konvertierung zwischen verschiedenen Formaten erlaubt die freie Software [[GPSBabel]].

== Störsender ==

Um das System zu stören, gibt es zum einen die Möglichkeit des Jammings (Jammer&nbsp;= {{enS}} für [[Störsender]]), siehe [[GPS-Jammer]] und des [[GPS-Spoofing]]s. Außerdem könnten die USA als Betreiber von GPS aus politischen Gründen (z.&nbsp;B. während eines Krieges) das GPS-Signal verzerren (z.&nbsp;B. wie früher bei der aktiven [[Selective Availability]]) oder für eine unbestimmte Zeit in einigen Gebieten auf der Welt (z.&nbsp;B. Kriegsgebiete) das Signal abschaltenunterdrücken (d.&nbsp;h. von den GPS-Satelliten nicht in diese Gebiete ausstrahlen).

== GPS und Datenschutz ==

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=== Nachteile ===

{{Belege fehlen}}

[[Datei:Tracks around the Birkenkopf.png|mini|Die Überlagerung der durch verschiedene GPS-Empfänger ermittelten Wegstrecken auf dem [[Birkenkopf]] bei Stuttgart zeigt Unterschiede in der Genauigkeit auf (Breite des Ausschnitts ca. 400&nbsp;m)]]

In der [[Berufsschifffahrt]] wie in anderen Gewerben galt GPS lediglich als Ergänzung zur [[Terrestrische Navigation|terrestrischen]] und [[Astronomische Navigation|astronomischen Standortbestimmung]].<ref>https://izw.baw.de/publikationen/pianc/0/pianc-kongressbeitrag-panama-2018-08.pdf</ref> Grund war die unzureichende Zuverlässigkeit und der künstliche Fehler.

2006 wiesen Mitarbeiter der amerikanischen Cornell University nach, dass GPS durch [[Sonneneruption]]en gestört werden kann.<ref>https://www.sciencedaily.com/releases/2007/04/070407145619.htm</ref> Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten solcher Effekte variiert mit der [[Sonnenaktivität]], die eine durchschnittliche Periode von ca. 11 Jahren aufweist.<ref>https://egnos.gsc-europa.eu/news-events/news/gradual-increase-solar-activity-and-its-effect-gnss</ref> In den Jahren 2024 und 2025 nimmt die Gefahr der Beeinträchtigung der GPS-Genauigkeit durch das Erreichen des Maximums der Sonnenaktivität (entsprechend ihrem natürlichen Zyklus) wieder massiv zu.<ref>https://www.gpsworld.com/how-the-strong-solar-storm-could-impact-gnss/</ref>

2006 entdeckte Alessandro Cerruti von der amerikanischen Cornell University, dass GPS durch [[Sonneneruption]]en gestört werden kann. In den vergangenen Jahren waren diese&nbsp;– und die damit verbundenen [[Geomagnetischer Sturm|geomagnetischen Stürme]]&nbsp;– wenig ausgeprägt.

GPS-EmpfangFerner kann aberder auchGPS-Empfang durch starke Schneefälle, die die Satellitensignale massiv dämpfen, gestört werden. Sonstige Wetterverhältnisse, wie Regen und Nebel, beeinträchtigen den Empfang normalerweise jedoch nicht&nbsp; – allerdings ist der Empfang unter regennassem Laub im Wald deutlich schlechter als bei trockener Witterung.

Da das GPS-System vom US-Militär betrieben wird, wird seine Genauigkeit für die Nutzung durch Dritte während militärischer Auseinandersetzungen der USA unter Umständen regional herabgesetzt. Dies ist einer der Gründe, warum andere [[Raumfahrtnation]]en eigene, von den USA unabhängige Navigationssysteme betreiben.

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* automatische Steuerung, Überwachung und Aufzeichnung von landwirtschaftlichen Geräten bei der Bestellung von großen Flächen, wobei heute viele [[Mähdrescher]] und ähnliche Fahrzeuge mit dieser Technik ausgerüstet sind.

* Auch die modernen Ausführungen der [[Elektronische Fußfessel|Elektronischen Fußfessel]] sind mit GPS ausgerüstet.

=== In der Telekommunikation ===

Moderne Telekommunikationsnetze, wie z. B. [[Mobilfunk|Mobilfunkanlagen]] benötigen einen [[Synchronität|synchronen]] [[Taktsignal|Takt]]. Diese werden mit Hilfe von GPS synchronisiert.

Der eigentliche Zweck von GPS (die Positionsbestimmung) wird dabei nicht verwendet, man bedient sich nur der hoch genauen Zeit die vom GPS geliefert wird.

=== Im Sport ===