GPS – Systemkomponenten

GPS – Systemkomponenten

Damit zu jedem Zeitpunkt immer mindestens vier Satelliten sichtbar sind, setzt sich das Raumsegment ursprünglich aus 24 Satelliten zusammen, die die Erde jeden Sternentag zweimal in einer Höhe von 20183 km umkreisen. Jeweils mindestens vier Satelliten bewegen sich dabei auf jeweils einer der 6 Bahnebenen, die 55° gegen die Äquatorebene geneigt und gegeneinander um jeweils 60° verdreht sind. Ein Satellit ist damit alle 23 Stunden 55 Min und 56,6 Sekunden über demselben Punkt der Erde.

Mittlerweile sind insgesamt 30 Satelliten verfügbar, welche sich aus mehreren Satellitengenerationen (IIA, IIR, IIR(M), IIF) zusammensetzen und deren Bahndaten im World Wide Web in tagesaktuellen Yuma-Almanachen zugänglich sind.

Die GPS-Satelliten senden Navigationssignale auf unterschiedlichen Frequenzen aus, welche in der unteren Tabelle dargestellt sind. Die Sendeleistung auf der zivilen Frequenz L1 beträgt dabei 12.7 W, während die Sendeleistung für die zur Zeit militärisch genutzte Frequenz L2 einstellbar ist.

Signal

L1

L2

L5

Trägerfrequenz [MHz]

1575.42

1227.60

1176.45

Sendeleistung [W]

12.70

regelbar

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Auf der Frequenz L1 werden der Coarse/Acquisition (C/A) – Code für die zivile Nutzung, und orthogonal dazu der nicht öffentliche Precision/Encrypted (P/Y) P/Y – Code für die militärische Nutzung eingesetzt. Das übertragene Datensignal ist bei beiden Codefolgen identisch und stellt die 1500 Bit lange Navigationsnachricht dar. Sie enthält alle relevanten Informationen zum Satelliten, Datum, Identifikationsnummer, Korrekturen, Bahnen, aber auch den Zustand, und benötigt zur Übertragung eine halbe Minute. GPS-Empfänger speichern diese Daten normalerweise zwischen. Zur Initialisierung der Geräte werden des Weiteren auch die so genannten Almanach-Daten übertragen, die die groben Bahndaten aller Satelliten enthalten, deren Übertragung jedoch mehr als zwölf Minuten beansprucht.

Die Frequenz L2 überträgt derzeit nur den P/Y-Code. Zur zukünftigen zivilen Nutzung kann wahlweise auch der C/A-Code übertragen werden. Dieser Zweifrequenzbetrieb erlaubt auch im zivilen Bereich eine Kompensation von dominierenden ionosphärischen Störungen auf die Signallaufzeit.

Derzeit befindet sich eine dritte Frequenz L5 in Aufbau. Sie soll zukünftig die Robustheit des Empfangs weiter verbessern und ist für sicherheitskritische Anwendungen insbesondere in der Luftfahrt vorgesehen. Im Mai 2010 wurde der erste GPS-Satellite der neueren IIF-Serie, welche mit einem L5 Transmitter ausgestatt sind, in den Orbit hochgeschossen. Er sendet seitdem Testsignale auf der Frequenz L5 aus.