Festpunkteinmessung – genaue Ortsbestimmung

Die Genauigkeit, mit der GPS-Empfänger ihre Position bestimmen können, ist begrenzt. Das hat verschiedene technische Gründe. So machen z.B. selbst Atomuhren bei der Zeitbestimmung Fehler.
Den größten Einfluss haben jedoch die Bedingungen in der Atmosphäre. Dabei spielt das Wetter nur eine geringe Rolle. Vielmehr sind die Zustände in der äußeren Atmosphäre (Ionosphäre) entscheidend. Dieser Bereich der Atmosphäre filtert die elektronische Strahlung, die uns von anderen Planeten und aus dem Weltraum erreicht und bricht die Signale der Satelliten wie Licht, das aus der Luft in Wasser eintritt. Wie stark die Signale abgelenkt oder gebrochen werden, hängt davon ab, wie stark elektromagnetische Strahlung aus dem Weltraum auf die Ionosphäre einwirkt.
Durch die Brechung und Reflexion der Signale wird ihre Laufzeit verändert, und fehlerhafte Laufzeitmessungen führen zu Fehlern bei der Positionsberechnung.

Neben Fehlern bei der Laufzeitmessung spielen weitere Faktoren eine wichtige Rolle bei der Positionsberechnung: Wie viele Satelliten kann der GPS-Empfänger empfangen und wo stehen diese am Himmel? Ungünstige Konstellationen, wie etwa Satelliten, die dicht beieinander liegen können die Genauigkeit beeinträchtigen. Oder auch die Anzahl an Satelliten, deren Signale für die Positionsberechnung zur Verfügung stehen hat großen Einfluss auf die Positionsgenauigkeit. Je mehr Satelliten zur Verfügung stehen, desto genauer wird die Ortsbestimmung.

Wenn Signale von Satelliten durch Bäume oder Gebäude abgeschattet werden, wird die Positionsgenauigkeit eines GPS-Empfängers ebenso geringer werden. Es kann auch dazu kommen, dass das Signal eines oder mehrerer Satelliten an Bäumen oder Gebäuden reflektiert wird (Multipath oder Mehrwege-Effekt). Dadurch werden, wie bei der Brechung des Signals in der Atmosphäre, die Laufzeitmessungen des GPS-Empfängers verfälscht. Dabei verteilen sich die Fehler näherungsweise wie folgt auf die einzelnen Parameter:

GPS-Empfänger können neben der Position auch die Geschwindigkeit, mit der sich der GPS-Empfänger bewegt, sehr genau bestimmen. Hierzu werden die Änderungen der empfangenen Signalfrequenzen über den Dopplereffekt bestimmt. Die Höhe eines Tons, also seine Frequenz, ändert sich, je nachdem, wie schnell man sich auf die Geräuschquelle zu- oder von ihr wegbewegt, wie zum Beispiel bei vorbeifahrenden Krankenwagen oder Polizeiautos.