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Milliarden Smartphones und Fahrzeuge bestimmen ihren genauen Standort mithilfe eines satellitengestützten Systems, dessen Signale von tausende Kilometer entfernten Satelliten kommen.

Wie berechnet GPS tatsächlich die Position eines Geräts?

Durch Messung der Signalverzögerung von mehreren Satelliten, um Entfernungen zu berechnen und eine Position zu trianguliieren
Jeder GPS-Satellit sendet seine genaue Position und den exakten Zeitpunkt der Signalübertragung; ein Empfänger misst, wie lange jedes Signal von mehreren Satelliten gleichzeitig benötigte, und kombiniert diese Entfernungen, um durch Trilateration seine eigene Position zu bestimmen. Weil die Berechnung von präziser Zeitmessung abhängt, tragen GPS-Satelliten Atomuhren, die selbst auf Nanosekunden genau sind.

GPS funktioniert durch Trilateration. Jeder Satellit sendet seine eigene präzise Position sowie den genauen Zeitpunkt, zu dem sein Signal ausgesendet wurde. Ein Empfänger vergleicht Sende- und Empfangszeit, um die Entfernung zu jedem Satelliten zu berechnen, und sobald Messwerte von vier oder mehr Satelliten vorliegen, lässt sich daraus die eigene Position plus eine Zeitkorrektur bestimmen. Weil Funksignale sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, werden kleinste Zeitfehler zu großen Entfernungsfehlern – deshalb tragen Satelliten Atomuhren mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich.

Ein kamerabasiertes System bräuchte enorme Bandbreite und würde bei Wolken oder Dunkelheit versagen. Ein Radar-Echo-Ansatz müsste jedes Gerät aktiv abtasten, was bei dieser Entfernung für Milliarden von Geräten gleichzeitig undurchführbar wäre.

Hier spielt auch die Relativitätstheorie eine Rolle: Satellitenuhren laufen wegen der schwächeren Schwerkraft in großer Höhe schneller, wegen der Bahngeschwindigkeit aber langsamer. Ingenieure korrigieren beide Effekte – sonst würden GPS-Positionen innerhalb eines Tages um Kilometer abdriften.

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