Was ist GPS und wie funktioniert es?

Alle Navigationssysteme im Auto, Fahr-Apps, und mobile Navigations-Apps wie Google Maps verlassen sich alle auf GPS, um uns von Punkt A nach Punkt B zu bringen. Aber was ist GPS und wie funktioniert es?

Was ist das globale Positionierungssystem?

Das Global Positioning System (GPS) ist ein Navigationssystem der US-Regierung, das aus drei Hauptsegmenten besteht:

• Die Weltraumsegment ist ein Navigationssystem mit mindestens 31 Satelliten, von denen 24 (oder mehr) normalerweise im Flug und einsatzbereit sind. Diese Satelliten fliegen innerhalb der Erdumlaufbahn in einer Höhe von 12.550 Meilen. Jeder einzelne Satellit umkreist normalerweise zweimal täglich die Erde.
• Die Kontrollsegment ist ein internationales Netzwerk von Kontrollstationen, die die Satelliten im Orbit verfolgen, überwachen und warten. Diese Kontrollstationen können auch Daten oder Befehle an die Satelliten senden. Das Kontrollsegment besteht aus 16 Monitorstationen, zwei Hauptkontrollstationen (eine Hauptkontrollstation und eine alternative) und 11 Kommando- und Kontrollantennen (vier Bodenantennen und sieben Air Force Satellite Control Network Remote Tracking Stationen).
• Die Benutzersegment ist für Zivilisten und unsere GPS-Geräte, auch als GPS-Empfänger bekannt, da sie Signale von den Satelliten im Orbit empfangen, um unsere Standorte zu lokalisieren.

Wer hat GPS erfunden?

Die vier Personen, denen normalerweise die Erfindung des GPS zugeschrieben wird, sind Ivan Getting, Bradford Parkinson, Roger L. Easton und Gladys West. Entsprechend Zitrone-MIT, war es Getting, der sich GPS, wie wir es heute kennen, als Konzept vorstellte, das die Verwendung eines "Systems" beinhaltet von Satelliten, um präzise Positionsdaten für sich schnell bewegende Objekte wie Raketen und Flugzeuge."

Parkinsons Beitrag zum GPS kam 1972, als er die führende Rolle bei der Leitung des GPS-Programms des US-Verteidigungsministeriums übernahm. In dieser Funktion konnte Parkinson auf die ursprünglichen Ideen von Getting aufbauen. Bis 1978 war Parkinsons GPS-Entwicklungsprojekt, bekannt als das NAVSTAR-GPS-System, abgeschlossen und auf drei Meter genau.

Roger L. Easton hat auch zur Entwicklung von GPS beigetragen und wurde als "Vater des GPS" bezeichnet. Eastons Beitrag war das Ergebnis der Lösung eines Problems im Zusammenhang mit der Verfolgung von Satelliten. Um das Timing der Tracking-Stationen zu synchronisieren, entwickelte Easton ein zeitbasiertes Navigationssystem von Platzieren von Uhren in Satelliten, die es ihnen ermöglichen, den genauen Standort von Benutzern auf dem Boden. Easton nannte dieses System "Timation", und das US-Verteidigungsministerium hat seine Funktionen schließlich in die Entwicklung des Global Positioning Systems integriert.

Nicht zuletzt wird auch der Mathematikerin Gladys West ihr Beitrag zur Entwicklung des GPS zugeschrieben. Wests Beitrag war ihre Arbeit bei der Entwicklung eines Modells der Erde, das Variationen der Erdform aufgrund der Schwerkraft und anderer Kräfte berücksichtigte. Das Erdmodell von West wird allgemein als grundlegendes Element des GPS-Projekts angesehen.

Wie funktioniert GPS und wie wird es verwaltet?

Das Global Positioning System basiert auf der Beziehung zwischen GPS-Satelliten und Empfängern auf GPS-fähigen Geräten. Laut GPS-Technologieunternehmen Garmin, einem Unternehmen für GPS-Technologie, funktioniert das Global Positioning System, wenn GPS-Satelliten "ein einzigartiges Signal- und Orbitalparameter, die es GPS-Geräten ermöglichen, die genaue Position des Satellit."

Aus dieser Übertragung können GPS-Geräte den Standort von Benutzern berechnen, indem sie die Zeit messen, die es dauert, das Signal zu empfangen. Diese Berechnung wird dann mit den Entfernungsmessungen von mehreren anderen Satelliten kombiniert. Um den Breiten- und Längengrad einer Person korrekt zu berechnen, muss ein GPS-Gerät ein Signal von mindestens drei Satelliten empfangen. Die Berechnung der Höhe erfordert das Signal von mindestens vier Satelliten. Die meisten GPS-Empfänger empfangen und verfolgen die Signale von mindestens acht Satelliten, aber diese Zahl kann je nach Standort und Uhrzeit variieren.

Entsprechend GPS.gov, das Global Positioning System wird von der U.S. Air Force unterhalten und betrieben. Die US-Luftwaffe "entwickelt, wartet und betreibt" die 24 Satelliten und Kontrollstationen, die sich auf der ganzen Welt befinden, aus denen das System besteht.

Jenseits von Auto-GPS-Systemen: Alltagsanwendungen für GPS

GPS dient nicht nur dazu, den Weg nach Hause zu finden. Andere Verwendungen für GPS sind:

• GPS-Wearables, mögen GPS-Uhren, kann verwendet werden, um Kinder, Haustiere und ältere Menschen zu verfolgen.
• GPS-gesteuert Drohnen werden verwendet, um Vogelperspektiven in Filmen zu filmen. Auch in der Filmindustrie wird GPS zum Location-Scouting eingesetzt.
• Geocaching kann verwendet werden, um Schnitzeljagden einzurichten, indem man Gegenstände an bestimmten Orten versteckt und dann Karten online hochlädt, damit andere Leute mit GPS-Geräten danach suchen können.
• Ihr lokales Energieversorgungsunternehmen verwendet möglicherweise GPS, um Stromausfälle zu verfolgen.