NAVSTAR GPS
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 GPS-Navigationssystems NAVSTAR
(Navigational Satellite
Timing and Ranging) begann bereits 1973. Zunächst wurden
Pseudosatelliten für
Versuchszwecke auf der Erde stationiert. 1978 wurde dann der erste
NAVSTAR-Satellit in den Weltraum geschossen. Aber erst im Dezember 1993
konnte die anfängliche Funktionsbereitschaft des GPS-
Navigationssystems NAVSTAR offiziell bekannt
gegeben werden. Die private Nutzung war zu diesem
Zeitpunkt bereits möglich und geeignete GPS- Navigationsgeräte
waren schon seit einigen Jahren verfügbar.
Das heutige NAVSTAR-GPS ist allerdings 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-GPS 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
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 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" weltweit
fortsetzt, fliegen nach zuvor erstellten GPS-Tracks oder GPS-Routen in
ihre Zielgebiete. Unter Obama wurden die Drohneneinsätze in den
"Krisenherden" deutlich forciert, was ihm bereits den Titel "lautloser
Drohnen-Krieger" eingebracht hat. Seine Drohnen- Angriffe werden
von Menschenrechtsorganisationen als "gezielte Exekutionen" verurteilt.
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.
Auch wenn heutzutage die Anzahl der zivil genutzten Navigationsgeräte die Anzahl der in Überwachungs- und Waffensystemen eingesetzten GPS-Geräte um Größenordnungen überschreiten dürfte, sollte die militärische Ausrichtung von NAVSTAR-GPS nicht vergessen werden. Die zivile GPS- Anwendung ist ein (kostenloses) Nebenprodukt einer militärischen Technologie, welches von den USA jederzeit und unabhängig von der militärischen Anwendung abgeschaltet werden kann.
NAVSTAR GPS-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- Navigationssysteme 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 GPS- Navigationssysteme Laufzeitunterschiede in der
Ionosphäre berücksichtigen und damit die Genauigkeit der
Positionsberechnung erhöhen.
Auch die zivilen GPS-Navigationsgeräte 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 GPS-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
Autonavigation erst ermöglichte.
Neben den beiden oben genannten Frequenzen soll ab 2014 eine dritte
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
GPS-Satelliten senden auf
derselben Frequenz zur selben Zeit. Die Kanaltrennung wird über
orthogonale Vektoren und hohe Redundanz realisiert.
NAVSTAR GPS-Satelliten
Um eine ausreichende Abdeckung der Erdoberfläche zu erzielen, werden mindestens 24 und bis zu 32 GPS-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.
GPS- Satelliten / Source: NASA
