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Wie funktioniert GPS?

TomTom Education

Die Wissenschaft hinter GPS

Die Entfernung der Satelliten

Geschwindigkeit x Zeit = Entfernung, und im Vakuum breiten sich Funkwellen mit Lichtgeschwindigkeit aus: 299.792.458 Meter pro Sekunde. Es wäre also ziemlich einfach, die Entfernung des Empfängers vom Satelliten zu berechnen, wenn es nicht eine zusätzliche Komplikation gäbe: das Problem der Zeitsynchronisierung.

Wenn sich der Satellit genau über uns befindet, erreicht sein Signal den Empfänger mit einer Verzögerung von ca. 0,06 Sekunden. Stellen wir uns nun vor, dass sowohl der Satellit als auch der Empfänger in exakt demselben Augenblick die Wiedergabe eines Musikstücks beginnen (und nehmen wir an, dass wir neben dem Empfänger stehend beide Stücke hören können). Das vom Satelliten gespielte Musikstück hören wir mit einer Verzögerung, die der Laufzeit der Signale bis zum Empfänger entspricht. Wenn wir also neben dem Empfänger stehen, hören wir das Musikstück doppelt, mit einem leichten Zeitversatz.

Um diesen Zeitversatz exakt zu bestimmen, könnten wir die Wiedergabe im Empfänger so weit verzögern, bis der Einklang zwischen den beiden Wiedergabequellen hergestellt ist. Die Zeit, um die wir die Wiedergabe im Empfänger verzögern müssen, um sie mit der Wiedergabe im Satelliten zu synchronisieren, entspricht der Laufzeit der Schallwellen vom Satellit zum Empfänger.

Diesen Ansatz verwendet im Wesentlichen auch das GPS-System. Der Unterschied besteht nur darin, dass die Satelliten und die Empfänger statt des Musikstücks einen besonderen Trick nutzen, das so genannte »pseudozufällige Rauschen« (Pseudo-Random Noise Code).


Pseudo Random Noise Code (PRN-Code)
Der PRN-Code ist einfach ein digitaler Code (oder eine Abfolge von Ein/Aus-Impulsen), der so kompliziert ist, dass er für zufälliges elektrisches Rauschen gehalten werden kann. Es gibt drei Hauptgründe für die Kompliziertheit des Codes:

1. Dadurch wird sichergestellt, dass das Navigationsgerät nicht zufällig ein anderes Signal zur Synchronisierung verwendet, da es unwahrscheinlich ist, dass ein anderes Signal dasselbe Muster aufweist.

2. Jeder Satellit hat seinen eigenen, einmaligen pseudozufälligen Code. Ihr Empfänger kann also nicht versehentlich das Signal eines anderen Satelliten empfangen, und alle Satelliten können dieselbe Frequenz benutzen, ohne sich gegenseitig zu stören.

3. Durch das komplexe Muster des Codes kann Ihr Navigationsgerät die Laufzeit des Signals zudem sehr genau berechnen.

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