GPS - Woher und Warum?

Landgestützte Funkortungs - und Navigationssysteme für die Luft- und Seefahrt sind seit Jahrzehnten in Betrieb. Die Ortungsverfahren beruhen entweder auf Peilung oder Laufzeitmessung.

Die Fortschritte in der Raumfahrt einerseits und in der Informationsverarbeitung mit Hilfe hochintegrierter Bauelemente andererseits haben es ermöglicht, ein satellitengestütztes Funkortungs - und Navigationssystem hoher Genauigkeit zu schaffen. 1981 wurde offiziell mit Versuchen dieses in und von den USA entwickelten Systems, "NAVigation System using Time And Ranging - Global Positioning System" - NAVSTAR-GPS, begonnen.

Seit Dezember 1993 läuft die offizielle Erprobung (IOC - Initial Operation Capability), freigegeben durch das Verteidigungsministerium der USA (DoD - Department of Defence).
 

Tabelle 1: Aufbauphasen des GPS

Das GPS kann die Nutzer, deren Anzahl keiner Einschränkung unterliegt, weltweit mit der Position (geographische Länge, Breite und Höhe) und Zeitinformationen mit bisher unerreichter Genauigkeit versorgen, sofern eine Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten (Normalfall) besteht. Weiterhin kann aus den empfangenen Daten die Geschwindigkeit des Empfängers berechnet werden.

Funkortungssysteme sind seit langer Zeit Gegenstand umfangreicher Entwicklungsarbeiten. Dabei stand die Ortung als Mittel der Navigation im Mittelpunkt. Früher waren Sextant (Astronavigation), Magnetkompaß und Geschwindigkeitslot (Logge) die Mittel, mit denen Ortsbestimmungen vorgenommen wurden und nach denen dann die Navigation erfolgte. Während des 2. Weltkrieges kamen neuartige Funkortungssysteme zum umfassenden Einsatz, wie z.B. LORAN (Alliierte) und Sonne (Deutschland). Nach dem Krieg fanden die meisten Funkortungssysteme im zivilen Bereich ihre Anwendung, und die Weiterentwicklung beschränkte sich auf Verbesserungen. Erst mit der sog. Ölkrise 1973 kamen spontan Forderungen nach besseren und geeigneteren Ortungs- und Navigationssystemen auf. Für die Seefahrt wurden mit Rücksicht auf die großen Öltanker genauere und zuverlässigere Systeme für die weltweite Nutzung gefordert. Für die geophysikalische Exploration und den Aufbau von Förderplattformen wurden genauere Positionsangaben gefordert. Der Luftverkehr mit seiner stark gestiegenen Verkehrsdichte forderte Möglichkeiten zu einer schnellen und automatisierbaren Ortung als Voraussetzung für eine bessere Navigation. Die daraufhin einsetzende Entwicklung brachte die Einführung der Systeme LORAN-C und OMEGA. Doch erst mit der Einbeziehung der modernen, auf der Nutzung hochintegrierter Halbleiterbauelemente basierenden elektronischen Informationsverarbeitung konnte eine neue Qualität der Funkortungssysteme erzielt werden.

Bereits 1960 wurde von der US-Navy ein Satellitennavigationssystem mit der Bezeichnung TRANSIT in Betrieb genommen. Seit 1967 wird es von zivilen Verkehrsteilnehmern benutzt. Nachteil von TRANSIT ist der eingeschränkte Versorgungsbereich (nur 4 Satelliten) und der große Abstand zwischen zwei Messungen von 30 - 110 min.

Das Äquivalent zu TRANSIT ist das von der ehemaligen Sowjetunion entwickelte und eingesetzte System TSIKADA.
Das System TRANSIT soll nach Inbetriebnahme des Nachfolgesystems NAVSTAR-GPS (1993) außer Dienst gestellt werden. NAVSTAR-GPS ist das derzeit modernste zu Verfügung stehende Satellitennavigationssystem. Ein Äquivalent zu NAVSTAR-GPS ist das von der ehemaligen Sowjetunion entwickelte Positionsbestimmungssystem GLONASS.

Nach Beendigung des kalten Krieges wurde das System NAVSTAR-GPS vom Verteidigungsministerium der USA ( DoD - Department of Defence) für die zivile Nutzung unter Inanspruchnahme der temporären bzw. territorialen Abschaltung bei Krisensituationen freigegeben. Weiterhin wurde die mögliche Genauigkeit für den kommerziellen bzw. zivilen Nutzer durch SA (Selective Availability = ausgewählte Verfügbarkeit => künstliche Verschlechterung) und AS (Anti Spoofing = Störschutz) auf 100 m für 95 % (2 sigma) bezogen auf 24h für die Positionsbestimmung eingeschränkt (SA-Einschränkung seit dem 02.05.2000 aufgehoben!). Die Verläßlichkeit der Geschwindigkeitsmessung beträgt 0,2 m/s. Aus diesen Gründen planen derzeit mehrere europäische Staaten gemeinsam ein ergänzendes, (relativ) rein ziviles Satellitensystem für Positionsbestimmungsaufgaben.

Die steigenden Wachstumsraten des Marktes für die zivile GPS-Nutzung zeigen den Bedarf und die Möglichkeiten dieses Systems. Die automatische sichtunabhängige Landung von Linienflugzeugen, die Zielführung von Fahrzeugen in unbekannten Städten, die Verfolgung von Fahrzeugen bei Diebstahl, und die präzise Landvermessung, wobei selbst plattentektonische Bewegungen durch Positionsvergleich bestimmt werden können, sind dafür Beispiel. Nicht zu vergessen ist dabei jedoch die Tatsache, daß das GPS eine Technik darstellt, die zur Steuerung von Lenkwaffen und der Positionsbestimmung von militärischen Einheitenund Fahrzeugen entwickelt worden ist.