Die Entwicklung des GPS

Die Entwicklung des GPS

Das Global Positioning System (GPS) wird immer mehr zu einem festen Bestandteil unseres täglichen Lebens. Das System, das 1973 vom US-Verteidigungsministerium entwickelt wurde, hat seit seiner Einführung für die Öffentlichkeit im Jahr 1995 viele Veränderungen durchlaufen. GPS verwendet das Konzept der Trilateration, um Ihren Standort zu bestimmen, stützt sich aber auf Differential-GPS und Atomuhren, um die Genauigkeit erheblich zu verbessern. Dank dieser Präzision wird GPS in unzähligen Anwendungen eingesetzt, darunter in der persönlichen Navigation und in militärischen Raketenleitsystemen. Und da diese Technologie immer preiswerter wird, wird GPS wahrscheinlich in immer interessanteren Anwendungen wie der digitalen Dateisicherheit eingesetzt werden. Zunächst muss sich die US-Regierung jedoch mit der Frage des Datenschutzes im Zusammenhang mit GPS befassen.

Einführung

Wir alle kennen das: Sie fahren die Straße entlang und versuchen verzweifelt, aus dem Fenster zu schauen und die Straßennummern zu lesen. Sind Sie falsch abgebogen? Schon bald kommen Sie zu der Erkenntnis, die Sie schon lange befürchtet haben: Sie haben sich verfahren. In der Vergangenheit war dies ein sehr häufiger Vorfall. Doch seit dem Aufkommen des Global Positioning System (GPS) sind immer mehr Menschen in der Lage, problemlos zu ihrem gewünschten Ziel zu navigieren. Die GPS-Technologie ermöglicht es den Nutzern, ihren genauen Standort über einen kleinen GPS-Empfänger zu bestimmen. Heute sind GPS-Empfänger in Autos, Booten, Flugzeugen, Laptops, Traktoren und unzähligen anderen Anwendungen zu finden.

Um die Bedeutung dieser Technologie richtig einschätzen zu können, ist es wichtig zu verstehen, wie GPS funktioniert, welche Anwendungen es derzeit gibt, welche potenziellen Probleme mit GPS verbunden sind und welche künftigen Anwendungen zu erwarten sind. Zunächst muss man jedoch die Beweggründe für die Entwicklung von GPS verstehen.

Geschichte

1973 wurde die Idee für ein globales Positionierungssystem, das ursprünglich NAVSTAR genannt wurde, vom Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten entwickelt. Ursprünglich war die Technologie nur für militärisches Personal und Transporteinheiten gedacht, um deren Standort zu ermitteln. Fünf Jahre später, im Jahr 1978, wurden die ersten vier GPS-Satelliten vom US-Verteidigungsministerium ins All geschossen. GPS erreichte seine volle Betriebskapazität erst am 17. Juli 1995, da für eine vollständige Abdeckung mindestens 24 Satelliten erforderlich sind.

Vor der kommerziellen Einführung von GPS kündigte das Verteidigungsministerium an, dass zwei verschiedene GPS-Dienste entwickelt würden: Standard Positioning Service (SPS) und Precise Positioning Service (PPS). SPS, das schließlich acht Jahre später aktiviert wurde, sollte für die Öffentlichkeit freigegeben werden, während PPS dem US-Militär vorbehalten sein sollte. Der wesentliche Unterschied zwischen SPS und PPS bestand darin, dass bei SPS ein absichtlicher Zufallsfehler verwendet wurde, um zu verhindern, dass Zivilisten durch eine Technik namens Selective Availability (SA)  exakte Koordinaten erhalten konnten. SA verschlechterte das Signal um etwa 100 Meter, indem die Uhren der Satelliten leicht verändert wurden . Das Verteidigungsministerium war der Ansicht, dass diese Änderung notwendig war, um die Sicherheitsinteressen der USA und ihrer Verbündeten zu schützen, indem potenziellen Feinden die volle Leistungsfähigkeit von GPS vorenthalten wurde.

Präsident Bill Clinton beendete den SA-Dienst am 1. Mai 2000. Er begründete dies damit, dass “den weltweiten Interessen der Verkehrssicherheit, der Wissenschaft und des Handels durch die Einstellung von SA am besten gedient ist” . Da das Verteidigungsministerium immer noch in der Lage ist, GPS-Signale im Falle einer Bedrohung der nationalen Sicherheit selektiv regional zu verweigern, war es der Ansicht, dass SA abgeschafft werden kann, ohne die USA oder ihre Verbündeten angreifbar zu machen. SPS ist zwar immer noch nicht so präzise wie PPS, aber durch die Abschaffung von SA hat sich die Genauigkeit verfünffacht.

Wie es funktioniert

Um zu verstehen, wie GPS Ihren Standort auf Ihrem PDA anzeigen kann, müssen Sie vier Schlüsselbereiche untersuchen: das Konzept der Trilateration, die Entfernungsmessung, Atomuhren und die Verringerung von Fehlern durch Differential-GPS.

Trilateration

Die Trilateration ist das grundlegende Konzept, das dem GPS zugrunde liegt. Jeder der 29 Satelliten des GPS-Netzes umkreist die Erde zweimal täglich. Die Gesamtzahl von 29 (24 operationelle, 5 Backup-Satelliten) wurde erreicht, weil mit dieser Zahl festgestellt wurde, dass von jedem Punkt der Erde aus mindestens vier Satelliten sichtbar sind. Die folgende Diskussion zeigt, dass es notwendig ist, immer vier Satelliten in Sichtweite zu haben.

Ein einzelner Satellit übermittelt im Wesentlichen eine entscheidende Information: die Entfernung zwischen ihm und dem anfragenden Gerät. Nennen wir Ihre Entfernung vom Satelliten D. Die kreisförmige Fläche um diesen Punkt repräsentiert überall auf der Erdoberfläche eine Entfernung D vom Satelliten.