GPS-Empfänger ermöglichen es, Standorte exakt zu bestimmen. Sie sind nicht nur feste Bestandteile von GPS-Systemen, sondern auch einzeln erhältlich, um an Mobilgeräte wie Notebooks und Tablets angeschlossen werden zu können und diese mit einer GPS-Funktion aufzurüsten. Worauf es beim Kauf zu achten gilt und warum GPS-Empfänger eigentlich GNSS-Empfänger heißen müssten, erfahren Sie in diesem Ratgeber.
GPS-Geräte sind in der Lage, ihren aktuellen Standort mit vergleichsweise hoher Genauigkeit zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind sie mit Empfangsmodulen ausgestattet, die mit Satelliten in der Erdumlaufbahn kommunizieren und die Koordinaten der Position automatisch berechnen. Im Laufe der Entwicklung haben sich verschiedene Arten von GPS-Empfängern herausgebildet. Bis in die 1990er hinein war es Usus, zwischen Handhelds und montierten Geräten zu unterscheiden. Die Klassifizierung wird heute unter dem Gesichtspunkt der Anwendungsschwerpunkte gesetzt.
Da wären zum einen GPS-Mäuse. Das sind einfache mobile Einheiten mit GPS-Antenne für den Empfang von GPS-Signalen. Sie haben kein Display und zeigen dementsprechend keine Karten an. Über eine RS-232-Schnittstelle, USB oder Bluetooth übertragen sie Positionsdaten auf ein anderes Gerät, beispielsweise ein Smartphone oder ein Notebook.
Eine weiterentwickelte Form von einfachen GPS-Empfängern sind GPS-Logger. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine eingebaute SD-Karte haben, auf der die ermittelten Standortdaten gespeichert werden. Technisch noch ausgefeilter sind Navigationsgeräte. Sie sind mit einem GPS-Empfänger, einem Display und Software ausgestattet. Die Position kann anhand einer digitalen Karte auf dem Display angezeigt werden. Auch alle modernen Mobilfunkgeräte haben einen eingebauten GPS-Empfänger. Zudem gibt es Hochleistungsgeräte mit externen Antennen für die Industrie sowie speziell für das Militär produzierte GPS-Geräte.
Um die Funktion eines GPS-Empfängers zu verstehen, muss man zunächst wissen, dass es zur Verarbeitung der Signale drei Elemente braucht: Raumsegmente, Kontrollsegmente und Benutzersegmente. Letztere sind die eigentlichen GPS-Empfänger.
In den Umlaufbahnen der Erde befinden sich GPS-Satelliten. Sie werden als Raumsegmente bezeichnet und umkreisen den Planeten in circa 20.200 Kilometern Höhe. Sie geben Trägerwellen ab, die mit Lichtgeschwindigkeit zur Erdoberfläche reisen. Man nennt sie L1 und L2, da sie im sogenannten L-Band senden. Darüber hinaus sind alle Satelliten mit präzisen Uhren ausgestattet.
Über Kontrollsegmente werden die Trägerwellen der Raumsegmente aufgefangen. Dabei handelt es sich um Bodenstationen in der Nähe des Äquators. Sie werten die Informationen aus und gewährleisten, dass die Zeitmessung ihre maximale Genauigkeit beibehält.
Die GPS-Empfänger, also die Benutzersegmente, registrieren die Trägerwellen mittels Antenne und können anhand der Daten eine Position in Breiten- und Längengrad errechnen. Dafür wird die Zeit ermittelt, die das Signal vom Satelliten bis zum Gerät benötigt. In der Praxis greift ein GPS-Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten ab. Anhand der Signallaufzeitdifferenz kann dann die Position bestimmt werden. Aus diesem Grund benötigt der Empfänger die genaue Uhrzeit. Das mathematische Prinzip dahinter nennt man Trilateration.
Auch wenn überwiegend der Begriff GPS in Gebrauch ist, wissen viele nicht, wofür das Kürzel eigentlich steht. Oft wird es sogar falsch verwendet, also dann, wenn eigentlich GNSS gemeint ist. Wir geben einen Überblick:
GNSS
GNSS steht für Global Navigation Satellite System und ist ein Sammelbegriff für alle Systeme, die Satellitendaten erfassen und darauf basierend zur Positionsbestimmung und Navigation verwendet werden. Eigentlich müssten wir also von GNSS-Empfängern statt GPS-Empfängern sprechen – es sei denn, es würde ausschließlich GPS unterstützt.
GPS
GPS ist die Abkürzung für das Global Positioning System aus den USA. Es wird oft als Synonym für sämtliche Satellitennavigationssysteme verwendet. Korrekterweise müsste man hier aber eigentlich von GNSS sprechen, da GPS eben das US-amerikanische System bezeichnet.
GLONASS
GLONASS ist das Kürzel für Global Orbiting Navigation Satellite System. Dabei handelt es sich um ein Satellitensystem aus Russland.
Es gibt noch eine Reihe weiterer Satellitennavigationssysteme wie das chinesische Beidou und Galileo, das aus der Europäischen Union stammt. Auch diese werden von vielen Navigationsgeräten und Kartenprogrammen zur Positionsbestimmung genutzt.
Die wichtigste Spezifikation eines GPS-Empfänger ist dessen Genauigkeit, schließlich soll er die Position so exakt wie möglich bestimmen. In dem Zusammenhang ist darauf zu achten, von wie vielen Satelliten der Empfänger zeitgleich Signale verarbeiten kann.
Je mehr es sind, desto besser. Zu achten ist auch auf die Angabe zur Positionsgenauigkeit. Die wird in m CEP angegeben. CEP steht für Circular Error Probable, zu Deutsch Streukreisradius. Beträgt die Positionsgenauigkeit eines GPS-Empfängers beispielsweise 2,5 m CEP, bedeutet das, dass er die Position bis auf einen Umkreis (Radius) von 2,5 Metern genau bestimmen kann.
Relevant ist außerdem, ob ein GPS-Empfänger per Kabel an eine Stromquelle angeschlossen sein muss oder ob ein Akku verbaut ist. Ist Letzteres der Fall, spielt die Akkulaufzeit eine Rolle bei der Kaufentscheidung. Es ist generell empfehlenswert, sich über die Anschlussmöglichkeiten zu informieren. So gibt es beispielsweise Empfänger mit MD6-Universalanschluss, aber auch Modelle, die per USB- oder Koaxialkabel angeschlossen werden.
Daneben unterstützen einige GPS-Empfänger Bluetooth zur Verbindung mit dem Endgerät, beispielsweise einem Smartphone. Die Schutzart ist ebenfalls in den Blick zu nehmen. GPS-Empfänger kommen vorrangig unterwegs bzw. im Außenbereich zum Einsatz. Deswegen sollten sie mindestens spritzwassergeschützt sein (IPX4).
Damit ein GPS-Empfänger exakte Ergebnisse liefert, muss er richtig platziert sein. Für einen optimalen Signalempfang sollte er freie "Sicht" zum Himmel haben. Gebäude, hohe Bäume und Berge stellen Hindernisse auf dem Kommunikationsweg zwischen dem Empfänger und den Satelliten im Orbit dar. Auch die Entfernung zum Boden ist entscheidend. Je höher das Gerät platziert ist, desto besser ist der Signalempfang. Durch eine stabile Befestigung beugen Sie Vibrationen und Bewegungen vor, die die Genauigkeit beeinträchtigen. Ansonsten ist es wichtig, dass sich keine metallenen und elektronischen Gegenstände in unmittelbarer Nähe des GPS-Empfängers befinden, da diese die GPS-Signale blockieren oder reflektieren können.
Kann ein GPS-Satellit einen GPS-Empfänger direkt lokalisieren?
GPS-Empfänger sind passive Geräte, d.h. sie selbst senden keine Informationen an die Satelliten. Eine Ortung ist jedoch möglich, wenn GPS-Daten geloggt werden.
Wie gut ist der GPS-Empfang bei einer Klimakomfort-Frontscheibe im Auto?
Klimakomfortscheiben sind aufgrund einer Metallbedampfung in der Lage, UV-Licht zu reflektieren. Das soll dafür sorgen, dass sich das Wageninnere weniger schnell aufheizt. Die Abschirmung stört jedoch dien GPS-Empfang im Inneren. Befindet sich die Antenne auf dem Dach, wie es bei serienmäßigen Navigationssystemen meist der Fall ist, wird man keine Probleme feststellen. Mobile Geräte wie Smartphones und Navi-Geräte, die an der Innenseite der Frontscheibe befestigt sind, werden jedoch höchstwahrscheinlich Signaleinbußen haben. Es gibt allerdings Hersteller, die sich auf besonders leistungsstarke GPS-Empfänger spezialisiert haben und damit trotz metallbedampfter Scheibe einen guten Empfang versprechen.
Haben iPads einen eingebauten GPS-Empfänger?
Wer ein iPhone von Softwareentwickler Apple nutzt, hat einen integrierten GPS-Empfänger bei sich. Etwas anders gestaltet es sich bei iPads. Sind diese ausschließlich für WLAN und Bluetooth ausgelegt, ist nicht mit einem integrierten GPS-Empfänger zu rechnen. Meist können aber Adapter genutzt werden. Eine Ausnahme sind iPads mit Cellular. Sie erlauben eine Mobilfunkanbindung und verfügen entsprechend über einen GPS-Empfänger.