GPS steht für “Global Positioning System”. Wörtlich übersetzt heisst das soviel wie “Globales Positionierungssystem”. Es geht also darum, überall auf der Welt zu jeder Zeit bestimmen zu können, an welcher Position ich mich befinde. Aber halt: Was genau ist eigentlich mit Position gemeint? Du könntest jemandem deinen Standort bspw. in Form von Strassenname, Ort und Land mitteilen, also z.B. die Hauptstrasse 6 in München. Oder du könntest deine Position in Form eines bekannten Treffpunkts ausdrücken, z.B. Berlin Alexanderplatz, neben der Weltzeituhr.

Geographische Koordinaten

Geräte wie Smartphones oder die GPS-Uhr drücken ihren Standort in den sogenannten geographischen Koordinaten aus. Nehmen wir als Beispiel folgende Koordinaten von Google Maps: N47.62° E7.67°. Möchte man jemanden diese Position mitteilen, würde man folgendes sprechen: “Ich befinde mich auf 47 komma 6 2 Grad nördlicher Breite und 7 komma 6 7 Grad östlicher Länge.”

Um diese Koordinaten zu verstehen, rufen wir uns in Erinnerung, dass die Erde eine Kugel ist. Die Gradzahl der nördlichen Breite wird vom Nordpol aus gemessen, die Gradzahl östlicher Länge vom sogenannten Nullmeridian. Wenn man vor einem Globus steht, sieht der Nullmeridian aus wie eine Linie vom Nordpol zum Südpol und läuft durch den kleinen Ort Greenwich, ganz in der Nähe von London. Mit diesem Rüstzeug an Wissen versuchen wir doch einmal abzuschätzen, wo die Position N47.62° E7.67° sein könnte? Wir denken wieder an den Globus und fahren mit unserem Finger vom Nordpol einfach mal 45° (das ist die etwa die Hälfte auf dem Weg zum Äquator) nach unten und dann 1/50 des Globus-Umfangs nach rechts.

Mit etwas Glück landen wir in der Nähe vom Dreiländereck zwischen Deutschland, Frankreich und der Schweiz. Die Position N47.62° E7.67° ist der Standort unseres Büros in Lörrach im Bundesland Baden-Württemberg, von dem aus wir Euch beim Finden des richtigen Geräts unterstützen. Voilà!

Hochgenaue Zeitmessung für Positionsbestimmung

Nachdem wir uns jetzt mit GPS-Koordinaten vertraut gemacht haben, bleibt die Frage wie das eigentlich gemessen wird. Wie schafft es ein moderner GPS-Empfänger, die Koordinaten so zu bestimmen, dass diese kaum mehr als 3 Meter von der tatsächlichen Position abweichen?

Hierzu umrunden GPS-Satelliten die Weltkugel und strahlen permanent Radiowellen Richtung Erde. Aus Sicht des GPS-Empfängers ist es wichtig, dass Signale von mehreren Satelliten gleichzeitig empfangen werden. Die Satelliten senden Informationen über Ihre aktuelle Position und die Zeit, zu der das Signal losgeschickt wurde. Der Empfänger kann dann aus den Satellitenpositionen und der Zeit, die bis zur Ankunft vergangen ist, seine Position bestimmen. Die Rechnung hierzu ist nicht ganz einfach und ohne die Relativitätstheorie von Einstein wären wir hier ziemlich weit ab vom Schuss! Auch die Zeitmessung muss unheimlich genau sein, d.h. ±0,000000010 Sekunden oder auch 10 Nanosekunden. Wow!

Alles in allem steckt also ziemlich viel Wissenschaft in so einem GPS-Empfänger, welchen man heutzutage für wenige Euros kaufen kann.