GPS Hoch (c)os GPS-III-A

Technik: GPS und Co.

Standortbestimmung

Olaf Schmidt am 11.05.2017

Für die Ortung und Navigation per Satellit gibt es heute mehr als das GPS der USA. Wir zeigen, was und wer hinter den vier Systemen steckt

Bei Satellitennavigation denkt man unwillkürlich an das amerikanische System GPS. Tatsächlich aber ist das Pentagon längst nicht mehr der einzige Anbieter von Signalen zur Positionsbestimmung. Das europäische Galileo dürfte den meisten Skippern zumindest als Name bekannt sein, dazu der jahrzehntelange Prozess bis zu dessen Inbetriebnahme. Von Glonass haben Sie wahrscheinlich auch schon mal gehört. Aber kennen Sie Beidou, MSAS oder GAGAN?

Dann gibt es noch die Zusatzsysteme wie EGNOS und WAAS, mit denen heute fast jeder Hersteller von maritimen Navigationsgeräten wirbt. Auf den folgenden Seiten zeigen wir Ihnen, was es mit den einzelnen Systemen auf sich hat und was Sie darüber wissen sollten.

Die wichtigste Unterscheidung bei den Satelliten ist diejenige zwischen dem eigentlichen Navigationssystem und Zusatzdiensten. Mit den Signalen, welche die Satelliten eines Navigationssystems liefern, können geeignete Empfänger auf der Erde ihre Position bestimmen.

Sie nutzen dazu entweder nur ein einziges System oder kombinieren mehrere davon. Für den weltweiten Einsatz sind 2017 folgende vier Systeme in Betrieb: GPS (USA), Glonass (Russische Föderation), Galileo (EU) und Beidou (China).

Die Zusatzdienste liefern lediglich Korrekturdaten, mit deren Hilfe die Naviga­tionsgeräte an Bord eine genauere Position ermitteln können. Diese Dienste sind aus technischen und organisatorischen Gründen nicht weltweit verfügbar. Ihre Daten werden immer für feste Gebiete erzeugt und können nur für diese genutzt werden.

Über Satellit werden derzeit vier solcher Dienste verbreitet: WAAS für Nordamerika, EGNOS für Europa, GAGAN für In­dien und MSAS für Japan. Zwei weitere Systeme sind im Aufbau, SDCM für Russland und QZSS ebenfalls für Japan. All diese Namen sind Abkürzungen, deren Erklärung für den Nutzer verzichtbar ist und hier den Rahmen sprengen würde. Ganz abgesehen davon, dass die Originalschreib­weisen der asiatischen Sys­teme Zeichen enthalten, deren Bedeutung hierzulande kaum jemand kennt.

Die Funktion

Alle Satellitennavigationssysteme arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Jeder Trabant sendet regelmäßig Datensätze mit seinen Bahndaten und der exakten Uhrzeit. Für den Weg aus dem All zur Erde braucht dieses Signal Zeit. Je nach Entfernung zu den einzelnen Satelliten erhält der Empfänger daher unterschiedliche Uhrzeiten. Aus diesen Differenzen lässt sich sein Standort bezogen auf die Satelliten ermitteln, mit deren Bahndaten ergibt sich somit die Position in Länge und Breite.
Dabei senden nur die Satelliten. Navigationsgeräte bleiben reine Empfänger und sind von außerhalb nicht zu orten. Der Satellitenbetreiber weiß weder, wer die Signale verwendet, noch, wo oder wie viele Empfänger in Betrieb sind.
Beim ersten russischen Satellitennavi­gationssystem Cicada, in Betrieb von 1976 bis 2008, war das noch anders: Hier sen­dete das Schiff und bekam seine von einer Bodenstation an Land ermittelte Position per Funk mitgeteilt. Nur bei einem rein militärischen System war dieser Aufwand zu vertreten. Für eine Notfallalarmierung ist das Prinzip jedoch gut geeignet und wird im Seenotsystem Cospas-Sarsat  immer noch angewendet.

Navigationssysteme

Die aktuellen Navigationssatelliten senden nicht nur auf einer Frequenz. Für die verschiedenen Dienste erzeugt jeder Trabant eine ganze Reihe von Signalen im Bereich zwischen 1,1 und 1,6 Gigahertz (GHz). Und diese Signale unterscheiden sich zudem von System zu System. 

Um mit den jeweiligen Signalen der verschiedenen Satelliten etwas anfangen zu können, brauchen Sie einen Empfänger, der diese versteht. Für den freien Dienst liegt es zum Glück im Interesse der Systeme, miteinander kompatibel zu sein, alle vier Anbieter senden darum auf etwa 1,5 GHz ein Programm, das die meisten unserer Plotter, Navis und Handys empfangen können.

Ob sie es auch verstehen, hängt von der Software ab. Die passende "Sprache" muss oft erst durch Updates nachgerüstet werden. Die endgültige Spezifikation der Galileo-Signale beispielsweise ist jünger als das Produktionsdatum nahezu aller heute an Bord vorhandenen Geräte.

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Olaf Schmidt am 11.05.2017
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