Über die Freundschaft zwischen einem Satelliten und einem GPS-Gerät.
Ein kleines Gerät mit Bildschirm und Antenne soll genau wissen wo man auf der Erde steht? Wie funktioniert so ein GPS-Navigationsgerät?
Unser GPS-Gerät auf der Erde kann unter freiem Himmel immer mindestens 6-12 Satelliten gleichzeitig sehen.
An Bord jedes Satelliten befindet sich eine Atomuhr.
Die Zeit der Atomuhr wird laufend in Form eines sehr langen Codes ausgestrahlt. Jeder Satellit sendet dabei seinen eigenen Zeitcode. Unser GPS-Gerät kann die Zeitcodes der Satelliten empfangen.
So wie wir bei einem Gewitter die Sekunden zählen können, die zwischen Blitz und Donner vergehen, so kann das GPS-Gerät die Zeit ermitteln, die seit der Aussendung des Satellitensignals vergangen ist.
Je weiter der Satellit von uns entfernt ist, desto länger benötigt sein Signal um bei unserem GPS-Gerät auf der Erde anzukommen und umso größer ist dann im Vergleich der Zeitunterschied der Satellitenuhr zur Zeit auf der Erde. Je größer dieser Zeitunterschied ist, desto weiter ist unsere Entfernung zu dem Satelliten.
Mit nur einem Satellitensignal weiß das GPS-Gerät jedoch zunächst nur wie weit man von diesem einen Satelliten weg ist. Das GPS-Gerät weiß dadurch noch nicht wo wir uns auf der Erdoberfläche befinden.
Vergleicht man also nun noch das Zeitsignal eines zweiten Satelliten, dann grenzt man die eigene Position schon ein bisschen ein. Als Schnittmenge ergibt sich ein Kreis.
Erst durch das Signal eines dritten Satelliten weiß unser GPS-Gerät ziemlich genau wo wir uns auf der Erde befinden.
Will man zusätzlich auch die Höhe des Standorts wissen, so muss man sogar 4 Satelliten anpeilen.
Für das Geocaching will man aber nicht nur seine Position auf der Erdoberfläche bestimmen, sondern auch die Entfernung zu einem Versteck bestimmen. Auch dafür ist ein vierter Satellit unbedingt nötig.
Die Genauigkeit der Positionsbestimmung wird jedoch von vielen komplizierten Faktoren beeinflusst. Je mehr Satelliten unser GPS-Gerät sieht, desto genauer kann es unsere Position auf der Erde ermitteln.
Welche GPS-Empfänger gibt es?
Da GPS-Empfänger heute sehr klein sind, lassen sie sich nicht nur in Navigationssystemen von Autos einbauen, sondern auch in kleinere Navis für Wanderer und Geocacher. Sogar in Smartphones, Fahrradcomputern, Fotokameras und Joggingschuhen können sie eingebaut werden.
Für unseren Mord im Park Kindergeburtstag Geocache benutzen wir kleine handliche Navigationsgeräte für Wanderer. Diese funktionieren sehr zuverlässig und genau und sind sogar wasserdicht.
Welche Faktoren beeinflussen das GPS-Signal?
Schlechter Empfang kommt einfach manchmal vor!
In vielen Gebäuden, Parkhäusern, Tunneln, Höhlen, unter Brücken und Unterwasser hat das Gerät absolut keinen Empfang weil es für das Gerät nicht möglich ist einen Satellitenkontakt herzustellen.
Im Auto, Wald mit dichtem Blätterdach, in Bergtälern oder zwischen hohen Gebäuden ist der Empfang schlecht aber möglich.
Diesen Einfluss bemerken auch unsere jungen Detektive wenn sie im Wald unterwegs sind. Hier schwankt das Signal oft ein wenig hin und her, so dass man nicht genau weiß, an welchem Baum unser nächster Hinweis versteckt ist. So müssen die Kinder in einem Umkreis von 5-10 Metern gemeinsam suchen, suchen, suchen … bis sie endlich das nächste Rätsel gefunden haben.
Allgemein lässt sich sagen, dass die vom Satelliten ausgesendeten Strahlen feste Gegenstände wie Gebäude, Felsen, Beton, Blech, Stahl und den menschlichen Körper nicht durchdringen können. Gut durchdringen können die Strahlen zum Beispiel Glas, Kunststoffe und Gewebestoffe.
Ältere Geräte haben meist schlechteren Empfang als neuere Geräte. Dennoch reichen sie meist trotzdem aus. Sie müssen einfach vor dem Cachen ein paar Minuten unter freien Himmel liegen um genügend Satelliten zu empfangen. Die Chipsätze neuerer Geräte schaffen es meist in wenigen Sekunden ein gutes Signal zu bekommen.
Alternativen zum GPS-Satellitensystem
Bis vor einigen Jahren war die Navigation mit Hilfe von Satelliten nur durch das amerikanische Navigationssatellitensystem mit dem Namen GPS möglich. Doch mittlerweile sind die EU, Russland und China auch dabei eigene Satellitensysteme aufzubauen.
Das Navigationssatellitensystem der EU heißt Galileo und wird seit 2003 entwickelt. Vor dem Jahr 2020 wird es aber vermutlich nicht betriebsbereit sein. Dann jedoch sollen 30 Satelliten den Betrieb gewährleisten.
GLONASS ist der Name des russischen Systems das einmal aus 30 Satelliten bestehen soll. Es ist bereits seit 2011 für alle Menschen weltweit nutzbar. Viele neue Navigationsgeräte und Smartphones sind bereits in der Lage sowohl die GLONASS- als auch die GPS-Signale zu nutzen.
China arbeitet seit 2011 an einem Navigations-satellitensystem namens Beidou. Es soll einmal aus 35 Satelliten bestehen und ab 2020 weltweit verfügbar sein.