NAVSTAR GPS

NAVSTAR GPS Satellit
NAVSTAR GPS-Satellit / Foto: NASA

Satellitennavigation ist eigentlich eine deutsche Erfindung. Der Ingenieur, Künstler und Erfinder Karl Hans Janke meldete im Mai 1939 in Berlin ein Patent für „Standortanzeiger, insbesondere für Luftfahrzeuge“ an. Das Patent beschreibt zwei entfernte Körper, die permanente Funksignale aussenden, welche empfangen und als Vektoren auf einem Bildschirm angezeigt werden können. Inwieweit das Patent die GPS-Entwicklung inspiriert hat, ist leider nicht bekannt. Karl Hans Janke jedenfalls wurde ab 1949/50 wegen "wahnhaften Erfindens" dauerhaft in geschlossenen Anstalten untergebracht.

Die Entwicklung des Navigationssystems NAVSTAR (Navigational Satellite Timing and Ranging) begann bereits 1973. Zunächst wurden Pseudo-Satelliten für Versuchszwecke auf der Erde stationiert. 1978 wurde der erste NAVSTAR-Satellit in den Weltraum geschossen. Aber erst im Dezember 1993 konnte die anfängliche Funktionsbereitschaft von NAVSTAR offiziell bekannt gegeben werden. Die private Nutzung war zu diesem Zeitpunkt bereits möglich und geeignete GPS- Empfänger  waren schon seit einigen Jahren verfügbar.

Transit: Das heutige NAVSTAR-GPS  ist nicht das erste Satelliten- Navigationssystem der USA. Bereits 1958 startete die US-Marine die Entwicklung des satellitengestützten Navigationssystems Transit. Von 1964 bis 1996 war dieses in Betrieb. 

NAVSTAR-III: NAVSTAR wird kontinuierlich verbessert. Derzeit ist die zweite Generation in Betrieb. Die dritte Generation mit erhöhter Signalstärke und höherer Störfestigkeit ist ab 2014 geplant.

militärische und zivile NAVSTAR GPS-Nutzung

Rakete mit NAVSTAR GPS IIR-15 Satellit
Ein NAVSTAR GPS IIR-15 Satellit wird in den Weltraum befördert / Foto: USAF

Die vorrangige Motivation hinter dem Aufbau sowohl von Transit als auch von NAVSTAR-GPS bestand darin, die militärische Überlegenheit der USA zu festigen und weiter auszubauen. Mit Hilfe der GPS- Satellitennavigation konnten Zielführungssysteme entwickelt werden, mit denen ballistische Raketen und Lenkwaffen (auch atomare) auf wenige Meter oder sogar zentimetergenau ins Ziel gesteuert werden können.

Auch die unbemannten Aufklärungs- und Kampfflugzeuge (Drohnen, Killerbienen, LOCAAS), mit denen der Friedensnobelpreisträger Obama den Krieg gegen "das Böse" führt, finden mithilfe von zuvor erstellten GPS- Tracks oder -Routen ihre Ziele. Aufgeklärt wird anschließend per Videoübertragung und getötet per Joystick ferngesteuert an Bildschirmen in den USA. Unter Obama wurden die Drohneneinsätze in den Krisenherden deutlich forciert, was ihm bereits den Titel "lautloser Drohnen- Krieger" einbrachte. Seine Drohnen- Angriffe werden von Menschenrechtsorganisationen als "gezielte Exekutionen" verurteilt. Auch der Spiegel- Artikel "Obamas Killerdrohnen: Schattenkrieg des Friedensfürsten" trägt nicht gerade zur Beruhigung des Gewissens bei, insbesondere, weil auch Deutschland inzwischen ferngesteuert per Drohnen töten lässt: "Bundeswehr und Drohnen".

Ist der Outdoor GPS-Empfänger auf der Wanderung oder Fahrradtour unter diesen Gesichtspunkten ethisch vertretbar? Positiv gesehen vergrößert sich mit jedem weiteren privaten GPS- Empfänger der zivile Nutzungsanteil an NAVSTAR, ohne das hierfür Gebühren in die Rüstungskassen fließen. Die Kosten übernimmt der amerikanische Steuerzahler bzw. die Fed- Notenpresse. Ansonsten muss jeder leider selbst damit klar kommen. Falls man sich aus Gewissensgründen gegen den GPS- Empfänger für Outdoor- Aktivitäten oder im eigenen Auto entscheidet, dürfte man konsequenterweise allerdings auch kein Flugzeug und keine öffentlichen Verkehrsmittel (U-Bahn ausgenommen) mehr benutzen.

NAVSTAR Frequenzen und Codierungen

Es kommen zwei unterschiedlichen Frequenzen, L1=1575,42 MHz und L2=1227,60 MHz, sowie zwei unterschiedliche Codierungen, C/A-Code (Coarse/Acquisition - Code) und P/Y-Code (Precision/encrypted - Code) zum Einsatz. Für die zivile GPS- Anwendung wird der C/A-Code auf der L1-Frequenz genutzt. Militärische GPS- Empfänger können dagegen zusätzlich den verschlüsselten P/Y-Code auf L2 und den orthogonal zum C/Y- Code übertragenen und ebenfalls verschlüsselten P/Y-Code von L1 dekodieren. Durch die Nutzung zweier unterschiedlicher Frequenzen können die militärischen Empfänger Laufzeitunterschiede in der Ionosphäre berücksichtigen und damit die Genauigkeit der Positionsberechnung erhöhen.

NAVSTAR GPS Satelliten
GPS- Satelliten / Source: NASA

Auch die zivilen GPS-Empfänger erreichten bereits von Beginn an eine recht gute Genauigkeit, zu gut für den Gegner im Krisenfall. Deshalb wurde in den ersten Jahren der C/A-Code künstlich mit einem Jitter versehen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung verschlechterte sich dadurch etwa um Faktor 8-10. Diese künstliche Verschlechterung wurde Anfang 2000 endgültig abgeschaltet, was die breite zivile Nutzung von NAVSTAR-GPS, z.Bsp. in der Straßennavigation erst ermöglichte.
Neben den beiden oben genannten Frequenzen soll ab 2014 eine dritte GPS-Frequenz L5=1176,45 MHz in Betrieb genommen werden. Diese wird die Robustheit und Genauigkeit für Luftfahrt und andere zivile GPS- Anwendungen verbessern.

Die Modulation der L-Trägerfrequenzen erfolgt mithilfe eines Spread Spectrum-Verfahrens (Frequenzspreizung). Alle NAVSTAR Satelliten senden auf derselben Frequenz zur selben Zeit. Die Kanaltrennung wird über orthogonale Vektoren und hohe Redundanz realisiert.

NAVSTAR Satelliten

Um eine ausreichende Abdeckung der Erdoberfläche zu erzielen, werden mindestens 24 und bis zu 32 Satelliten eingesetzt. Diese Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von 20.200 km und einer Geschwindigkeit von 11.200 km/h. Sie haben hochgenaue Atomuhren an Bord und senden neben ihrer Kennung und der Uhrzeit auch Daten zur Position und Umlaufbahn. Der GPS- Empfänger berechnet daraus unter Berücksichtigung der Signallaufzeiten die eigene Position.