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Komplexe Technik hinter schnellem Wegweiser: So funktioniert’s!

„In 200 Metern bitte rechts abbiegen!" Bis der Kasten im Armaturenbrett zu sprechen lernte, mussten einige Jahre vergehen. Das GPS (Global Positioning System) ist eine Erfindung des US-Verteidigungsministeriums. Die Jungs in Grün nennen ihr Navigationssystem auch heute noch NAVSTAR GPS (Navigation Signal Timing and Ranging Global Positioning System). Bereits 1978 schossen die USA den ersten GPS-Satelliten in die Umlaufbahn, der Frischeste umrundet seit Mai 2013 unsere Heimatkugel. Freilich hatten Marines und Co. mit ihrem Zielsystem zunächst nicht irgendwelche kurzen Fahrwege zu Familienfeiern eingeplant, sondern wollten damit eine möglichst exakte militärische Zielbestimmung realisieren. Trotzdem steht das GPS-System, das ja immerhin geschätzte 400 Mio. Dollar an Unterhalt pro Jahr auffrisst, heutzutage jedermann zur freien Verfügung. Besonders schick ist das natürlich für moderne Handys, die man überall mit hinschleppen kann und damit gewissermaßen die komplette Weltkarte interaktiv in der Hand hält. Verschiedene Navi-Spezialisten bieten die moderne Kartenunterstützung z.B. gleich für etliche Handytypen an. Na da sagen wir doch "Danke schön" und sehen uns die Satellitentechnik einmal etwas näher an.

Es raucht der Schädel!

Obacht, jetzt wird's technisch! Bis die Straßenkarte auf Ihrem Taschentelefon landet, muss erst mal das GPS-System hochfahren. Das besteht aus drei Teilen.

  • No. 1: Die Weltraum-Einheit

  • No. 2: Die Kontroll-Einheit

  • No. 3: Die Benutzer-Einheit


Die ist am schnellsten erklärt, immerhin handelt es sich bei ihr nur um das Ausgabegerät, also zum Beispiel Ihr eigenes Handy, das eingebaute Navi-System in der Blechkutsche oder auf dem Flugzeugträger der US Navy. Die Weltraum-Einheit besteht aus dem Satellitennetzwerk. Netzwerk? Jawoll! Denn damit GPS überhaupt funktionieren kann, braucht man mehr als nur einen Satelliten. Mindestens 24 von ihnen bilden eine Infokette und tauschen untereinander Zeitdaten aus. Den dicksten Job hat die Kontroll-Einheit. Sie besteht aus zahlreichen Kommandogebäuden, die über den gesamten Erdball verteilt sind. Sie verschicken nicht nur die nötigen Daten von und zu den Satelliten, sondern passen auch auf, dass die Kosmos-Kästen bei ihren Messungen nicht durcheinander kommen. Tanzt ein Satellit aus der Spur, bekommt er von einer dieser Kontrolleinheiten was auf die Flossen.

Aber wie misst das Satellitenteam überhaupt, wo Sie sich gerade befinden? Nun, das System dahinter hört auf den furchtbaren Namen Trilateration. Diese sehr komplizierte Materie haben wir in einem Kasten (rechts) zusammengestellt, und sie lässt sich eben am besten mit einem Bild erklären. Im Großen und Ganzen braucht es vier Satelliten, die allesamt die Entfernung zu Ihrem Handy berechnen, um unterm Strich dessen Position auf der Erde bestimmen zu können. Bei solchen Satellitenmessungen ist sehr genaues Timing natürlich die halbe Miete. Mit irgendwelchen Standard-Stoppuhren geht's nicht. Jeder einzelne GPS-Satellit hat deswegen mindestens eine Atomuhr an Bord. Diese Uhren messen die Zeit mit Hilfe von Atombewegungen in ihrem Inneren. Eine genauere Form, Zeit zu messen, gibt es nicht. Das System funktioniert dermaßen gut, dass sich einige Labors sogar in die GPS-Satelliten einklinken. Nicht, weil sie Karteninfos haben wollen, sondern weil sie für ihre Forschungen ultragenaues Timing benötigen. Auch dafür taugen die Navigationssatelliten.

Trilateration: DasTechnik-Teil



Störe meine Kreise nicht!

So, wie genau funzt jetzt diese Trilaterations-Technik? Betrachten Sie zunächst unser kleines Diagram hier in der Box. Mal angenommen, Sie sind der violette Punkt in der Mitte und stehen irgendwo auf der Erde ohne Peilung in der Botanik herum. Wie weiß Ihr Handy jetzt, wo genau es sich befindet? Eigentlich ganz einfach. Es nimmt Kontakt mit den GPS-Satelliten auf. Das sind in unserer Zeichnung jeweils die schwarzen Punkte. Zunächst funkt es den schwarzen Punkt in der Mitte von Kreis 1 an. Nach einer bestimmten Zeit kommt das Signal beim Satelliten an und der kann nun die Entfernung zu Ihrem Handy als Kreis berechnen.

Um Ihre Position auf der Erdkugel herauszufinden, reicht ein Kreis allerdings nicht. Ihr GPS-Sender muss noch zwei weitere Satelliten anfunken. Erst, wenn dann noch auf dieselbe Tour Kreis 2 und Kreis 3 dabei rausgekommen sind und sich die drei Kreise in dem violetten Punkt schneiden, weiß Ihr Handy genau, wo es ist. Na ja, immer noch nicht ganz. Weil die Erde kein zweidimensionales Stück Papier ist wie diese Internetseite muss noch ein vierter Kreis her. Aber den schenken wir uns jetzt einfach mal. Moderne Handys arbeiten übrigens mit A-GPS und funktionieren durch diesen neuen Übertragungsweg sogar noch schneller und zuverlässigerer (z.B. in Tunneln).

Frische Features

Die Satellitensysteme arbeiten natürlich längst nicht mehr nur beim Militär oder in der Bonus-Ausstattung von Auto und Konsorten. Schwer zugängliche Gegenden wie z.B. Teile der Alpen oder ähnliche Bergketten können von Gipfelstürmern am sichersten mit einem GPS-Empfänger angegriffen werden. Auch für die Seefahrt taugt das Navigationssystem, immerhin kann man sich an immer gleich aussehenden Wellen nur schlecht selbst orientieren. In Flugwettkämpfen wie z.B. beim Drachenfliegen kann das GPS-Programm bequem zur Kursüberwachung eingesetzt werden. Freilich wünschen sich die Regierungen weltweit mit dem immer wichtiger werdenden Satellitensystem eine eigene und unabhängige Alternative zum GPS-Modell der vereinigten Staaten. Russland hat bereits die hauseigene GLONASS-Anlage in den Kosmos gefeuert, die ähnlich wie ihr amerikanischer Bruder arbeitet. Und auch unsere europäische Regierung hat in 2012 die ersten beiden Testsatelliten des EU-Navigationssystems GALILEO in Betrieb genommen. An diesem System beteiligen sich neben der EU auch zahlreiche weitere Staaten wie China, Indien, Israel, Saudi Arabien, Norwegen und Südkorea.

In der Zwischenzeit ist das GPS-System dermaßen verbessert worden, dass die Satelliten ihre Empfänger mit einer Fehlertoleranz von unter  zehn Metern lokalisieren können. Natürlich hat das für Autos keinen Sinn. Allein schon deswegen, weil man in den seltensten Fällen mitten im angesteuerten Ziel parken kann. Sehr viel interessanter ist diese neue Genauigkeit für Fußgänger, die in einer unbekannten Stadt nach einer bestimmten Stelle Straße suchen, aber keine Lust drauf haben, z.B. den Atlas der Frankfurter City durchzublättern. Was könnte also besser für eine interaktive Karte mit Privatführer taugen als ein Handy? Nachdem sich die Smartphones immer mehr zum Mini-Computer und Allroundtalent verwandeln, geht der Trend klar in Richtung eingebauter GPS-Empfänger. Brauchen Sie den Weg zur Konzerthalle oder zur Adresse eines Kumpels? Einfach ins Handy reingetippt und hochgeladen und schon führt Sie Ihr Telefon zum Ziel. Egal ob Sie zuerst mit dem Auto rüberfahren müssen oder schon zu Fuß unterwegs sind. Komfortabler würde es nur noch mit einem Teleporter gehen. Zudem haben aber weder Nokia noch die Telekom erste Presseinfos rausgeschickt…

Handy-Schnüffler



Wer suchet, der findet!

Sie wissen vielleicht ganz genau, wohin Sie wollen, können aber ums Verrecken Ihr Handy nicht finden? Auch dafür gibt’s mittlerweile Abhilfe vom Provider. Viele Netzbetreiber bieten einen Service an, bei dem Sie gegen eine Gebühr nach Ihrem Handy suchen können. Meistens geht das ganz bequem über eine Internetseite. Für eine Handy-Ortung kann es unterschiedliche Gründe geben. Vielleicht haben Sie es es verschlampt. Vielleicht haben Sie es einem Kollegen geliehen und wüsstesn jetzt gerne, wo der steckt. Vielleicht hat sich ein Bekannter irgendwo hoffnungslos verlaufen. Oder hat Ihnen  irgendjemand das Bike geklaut und zufälligerweise war Ihr Handy noch in der Seitentasche? Dann führt die Ortung Ihres Telefons die Cops vielleicht sogar zum Langfinger persönlich. Ein klasse Feature, wenn man mal echt Hilfe braucht!

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