Global Positioning System

Eine GPS-Einheit nimmt Funksignale von Satelliten im Weltraum auf, die sich in einer Umlaufbahn um die Erde befinden. Es gibt 31 Satelliten in einer Höhe von 20.200 Kilometern (12.600 mi) über der Erde. Die Umlaufzeit beträgt 11 Stunden und 58 Minuten. Jeder Kreis hat aufgrund des Erdradius einen Radius von 26.600 Kilometern (16.500 mi). Weit entfernt von Nordpol und Südpol kann eine GPS-Einheit Signale von 6 bis 12 Satelliten gleichzeitig empfangen. Jeder Satellit enthält eine Atomuhr, die mehrmals täglich von NORAD sorgfältig eingestellt wird.

Die Funksignale enthalten Informationen über die Zeit und die Position des Satelliten, einschließlich seiner Ephemeride. Der GPS-Empfänger subtrahiert die aktuelle Zeit von der Zeit, zu der das Signal gesendet wurde. Die Differenz ist, wie lange es her ist, dass das Signal gesendet wurde. Die Zeitdifferenz multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ergibt die Entfernung zum Satelliten. Die GPS-Einheit verwendet die Trigonometrie, um aus der Position und Entfernung jedes Satelliten zu berechnen, wo er sich befindet. Normalerweise müssen mindestens vier Satelliten vorhanden sein, um die geometrischen Gleichungen zu lösen. Ein GPS-Empfänger kann seine Position viele Male in einer Sekunde berechnen.

Viele preiswerte Empfänger für Verbraucher sind fast überall auf der Erde auf 20 Meter genau.

Ein GPS-Gerät kann normalerweise auch seine aktuelle Geschwindigkeit berechnen. Billige wie in einem Mobiltelefon tun dies, indem sie die aktuelle Position mit der letzten Position vergleichen. Teure wie in einem Flugzeug nutzen den Doppler-Effekt und sind sehr genau.

Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts sind verschiedene Radionavigationssysteme im Einsatz. In den 1960er Jahren wurden die Radiosender in Satelliten experimentell eingesetzt. Ein neues System, zunächst Navstar genannt, wurde in den 1970er Jahren von der US-Luftwaffe entwickelt. Es wurde zu GPS und wurde nur noch vom US-Militär verwendet. 1983 ordnete Präsident Ronald Reagan an, dass das System von jedermann benutzt werden durfte, obwohl es noch zu klein war, um sehr nützlich zu sein. Das Signal von höchster Präzision wurde verschlüsselt und nur den Streitkräften gestattet, es zu benutzen, aber in den 1990er Jahren wurde es vorübergehend entschlüsselt, und um die Jahrhundertwende wurde es dauerhaft gemacht.

Einige GPS-Empfänger sind separate Einheiten mit eigener Stromversorgung und eigenem Display. Das waren die meisten im 20. Jahrhundert. Jahrhundert. Militärische Empfänger zeigten damals nur die geographischen Koordinaten an, oder einige hatten keine Anzeige, sondern gaben die Koordinaten nur an ein anderes Gerät weiter.

Heute sind die meisten GPS-Empfänger Teil von Mobiltelefonen, und viele sind in Armbanduhren, Autos und anderen Geräten eingebaut. Der GPS-Teil eines Mobiltelefons ist klein und in der Regel schlecht, aber das Telefon nutzt auch Mobilfunk-Basisstationen und Wi-Fi-Signale, um zu helfen.

Es gibt andere Systeme, die auf die gleiche Weise handeln. Eines wurde von Russland in den Weltraum gebracht und heißt GLONASS. Ein anderes, das noch nicht fertig ist, ist nach Galileo benannt und von der Europäischen Union gebaut worden.