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Wie funktioniert GPS?

TomTom Education

Die Wissenschaft hinter GPS

Der vierte Satellit

Eine weitere Komplikation: Aufgrund der großen Entfernungen würde ein Messfehler von nur einer Tausendstelsekunde bei der Laufzeitbestimmung des Satellitensignals zu einem Fehler von fast 300 km bei der Positionsbestimmung führen.

Sowohl der Empfänger als auch der Satellit benötigen daher Uhren, die sich mit einer Genauigkeit von einer Nanosekunde synchronisieren lassen. Diese Präzision bieten normalerweise nur Atomuhren. Eine Atomuhr kostet jedoch ca. 50.000 bis 100.000 Dollar – Ihr Navigationsgerät wäre damit also ein klein wenig teurer als ein neuer Porsche.

Glücklicherweise hat GPS auch auf dieses Problem eine Antwort.


GPS wird erschwinglich: der 4. Satellit
Jeder Satellit verfügt über eine Atomuhr. Ihr Empfänger verwendet eine handelsübliche, wesentlich ungenauere Quarzuhr, kann jedoch die Ungenauigkeit dieser Uhr mit Hilfe eines vierten Satelliten ausgleichen. Wie funktioniert das?

Würde Ihr Navigationsgerät über eine perfekte Uhr verfügen, würden sich alle berechneten Satellitenentfernungen in einem Punkt schneiden: Ihrer Position. Bei einer ungenauen Uhr ergibt jedoch eine Kontrollmessung mit Hilfe eines vierten Satelliten ein Ergebnis, das von den anderen drei Satelliten abweicht.

I = Vierter Satellit: Überprüfung u. Korrektur der Satellitenmessungen

II = Schnittpunkt der Satellitensignale: Ihre Position

Der Computer in Ihrem Navigationsgerät erkennt diese Abweichung und weiß, dass bei Verwendung der korrekten Zeit die Ergebnisse aller vier Messungen sich in einem Punkt schneiden würden. Er berechnet also jenen eindeutigen Korrekturfaktor, bei dessen Anwendung alle Messungen einen einzigen Schnittpunkt ergeben.
Dies ist die Zeit der Atomuhren in den Satelliten. Der Empfänger stellt seine Uhr nun auf diese Zeit ein. Und schon bietet Ihnen dieses kleine Gerät auf Ihrem Armaturenbrett die Genauigkeit einer Atomuhr.

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