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GPS, Tech

Mehr als GNSS/GPS: Alternative Systeme zur Positionsbestimmung auf der Erde

Wenn wir an Standortbestimmung denken, kommen uns häufig globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) wie GPS in den Sinn. Diese Systeme haben unsere Art zu navigieren, Standorte zu finden und Logistik zu verwalten revolutioniert. GNSS ist jedoch nicht das einzige System auf dem Markt. Verschiedene andere Systeme und Methoden werden zur Bestimmung von Positionen auf der Erde verwendet, wobei jedes einzigartige Anforderungen und Kontexte erfüllt, in denen GNSS möglicherweise Einschränkungen aufweist. Lassen Sie uns diese alternativen Systeme näher betrachten und ihre Rolle und Beliebtheit im Vergleich zu GNSS verstehen.

Die Grundlagen - Wie funktioniert GNSS/GPS?

GPS basiert auf einem Netzwerk von Satelliten, die die Erde umkreisen und kontinuierlich Signale aussenden. Diese werden von GPS-Empfängern am Boden empfangen. Um eine genaue Position zu berechnen, benötigt ein GPS-Empfänger Signale von mindestens vier Satelliten. Jeder Satellit sendet Signale mit präzisen Zeitinformationen und seinen eigenen Umlaufparametern.

Eine ausführlichere Beschreibung, wie die GPS-Postion bestimmt wird, erklären wir in unserem Artikel
Die Funktionsweise von GPS: Wie Ihr Gerät weiß, wo Sie sich befinden

Alternative Systeme zur Positionsbestimmung

Die folgende Auflistung zeigt eine Reihe von Methoden zur Bestimmung einer Position. Abhängig vom Kontext ist eine exakte Position nicht unbedingt über eine akkurate Kombination aus Längen- und Breitengrad definiert, sondern beschreibt einen genauen Aufenthaltsort.

1.

Trägheits­navigations­systeme (INS)

Beschreibung

INS (Inertial Navigation Systems) verwendet Sensoren, die Änderungen in Geschwindigkeit und Richtung erkennen, um die Position eines Objekts von einem Startpunkt aus zu verfolgen. Stellen Sie sich vor, Sie hätten die Augen verbunden und würden losgehen – anhand Ihrer Schritte könnten Sie abschätzen, wie weit und in welche Richtung Sie sich bewegt haben.

Anwendungsfälle

Diese Art von Positionssystem wird unter anderem in Flugzeugen, U-Booten und Raketen verwendet. Es hilft sicherzustellen, dass die Objekte ihren Standort kennen, auch wenn sie sich nicht auf externe Signale verlassen können. Das betrifft zum Beispiel Umgebungen wie unter Wasser oder im Weltraum.

Popularität

INS hat eine hohe Popularität in Spezialanwendungen. Normalerweise findet es sich jedoch nicht in Geräten, die im Alltag verwendet werden.

2.

Ortung basierend auf dem Mobilfunknetz

Beschreibung

Dieses System verwendet Signale von Mobilfunkmasten, um Ihren Standort zu ermitteln. Ihr Smartphone verbindet sich mit nahegelegenen Masten und durch Messen der Signalstärke in Kombination mit dem Zeitpunkt kann Ihre Position geschätzt werden.

Anwendungsfälle

Diese Art der Positionsbestimmung hilft Ihrem Smartphone, Sie für Karten und Notdienste zu orten. Dies funktioniert insbesondere in Städten mit vielen Mobilfunkmasten.

Popularität

Die Popularität dieses Systems ist hoch, da es nahezu in jedem Smartphone verwendet wird, um eine erste Annäherung an den aktuellen Standort zu bekommen. Dieser wird dann anschließend meist zu einem späteren Zeitpunkt durch ein „richtiges“ GPS-Signal korrigiert bzw. präzisiert.

3.

Wi-Fi-Positionierungs­systeme (WPS)

Beschreibung

WPS bestimmt Ihren Standort anhand bekannter Positionen von Wi-Fi-Hotspots. Ihr Gerät sucht nach Wi-Fi-Netzwerken in Ihrer Umgebung und kann anhand der Kenntnis der Standorte dieser Netzwerke schätzen, wo Sie sich befinden.

Anwendungsfälle

Wird häufig in Innenräumen an Orten wie Einkaufszentren und Flughäfen verwendet, wo GPS-Signale schwach sein können.

Popularität

Es besteht eine hohe Popularität bei Anwendungsfällen in Innenräumen.

4.

Bluetooth Low Energy (BLE) Beacons

Beschreibung

BLE Beacons sind kleine Geräte, die Signale über kurze Distanzen übertragen. Durch Messen der Signalstärke kann Ihr Gerät herausfinden, wie nah Sie an einem Beacon sind.

Anwendungsfälle

Wird in Geschäften, Museen und Navigationssystemen für Innenräume verwendet, um präzise Ortungsdienste bereitzustellen, z. B. um Sie zu einem Produkt in einem Regal zu führen.

Popularität

Die Popularität steigt. Insbesondere im Einzelhandel und bei Verbraucheranwendungen.

5.

Radio Frequency Identification (RFID)

Beschreibung

RFID verwendet kleine Tags, die Funksignale aussenden. Wenn sich diese Tags in der Nähe eines Lesegeräts befinden, können sie identifiziert und verfolgt werden. Stellen Sie es sich wie einen fortgeschritteneren Barcode vor, der nicht sichtbar sein muss, um gescannt zu werden.

Anwendungsfälle

Verfolgung von Artikeln in Lagern, Bestandsverwaltung und Zugangskontrolle zu Gebäuden.

Popularität

Diese Methode hat eine hohe Popularität in Bestands- und Logistikanwendungen.

6.

Ultrabreitband (UWB)

Beschreibung

Die UWB-Technologie verwendet sehr kurze Funkimpulse über einen weiten Frequenzbereich, um genaue Entfernungen zu messen. Es ist, als würde man einen kurzen Schrei ausstoßen und messen, wie lange es dauert, bis man das Echo hört.

Anwendungsfälle

Wird in industriellen Umgebungen, Smart Homes zur Steuerung von Geräten und zur Verfolgung von Sportlern im Sport zur Leistungsanalyse verwendet.

Popularität

Steigend, insbesondere bei Anwendungen, die hohe Präzision und kurze Reichweite erfordern.

7.

Loran (Long Range Navigation)

Beschreibung

Loran ist ein älteres System, das Funksignale von festen Sendern verwendet, um Ihre Position zu bestimmen. Indem Sie die Zeit messen, die diese Signale von mehreren Sendern brauchen, um Sie zu erreichen, können Sie Ihren Standort genau bestimmen.

Anwendungsfälle

Früher zur Navigation von Schiffen und Flugzeugen verwendet, heute noch manchmal als ein Backup für GNSS genutzt.

Popularität

Aktuell eine eher geringe Verbreitung, da Loran weitgehend durch GNSS ersetzt wurde, als Backup-System jedoch noch ab und zu auffindbar.

8.

Visuelle Positionierungssysteme (VPS)

Beschreibung

VPS verwendet Kameras und Computervision, um das, was Sie sehen, mit einer Datenbank von Bildern mit bekannten Standorten zu vergleichen. Es ist wie das Erkennen von Orientierungspunkten, um herauszufinden, wo Sie sich befinden.

Anwendungsfälle

Wird in Augmented-Reality-Anwendungen (wie Pokémon Go) und zum Lenken autonomer Fahrzeuge verwendet.

Popularität

Durch zunehmende Verwendung in Augmented Reality und selbstfahrenden Autos, wächst die Popularität dieser Methode.

9.

Akustische Positionierungssysteme

Beschreibung

Diese Systeme verwenden Schallwellen zur Positionsbestimmung, ähnlich wie Fledermäuse Echoortung verwenden. Sie senden Schallsignale aus und messen, wie lange es dauert, bis die Echos von umgebenden Objekten zurückkehren.

Anwendungsfälle

Unverzichtbar für die Unterwassernavigation, z. B. zum Lenken von U-Booten und Unterwasserrobotern.

Popularität

Ein großer Anteil an Unterwasseranwendungen basieren auf diesen Systeme. Weiteres zu diesem Thema finden Sie auch in unserem Beitrag Navigieren in der Tiefe: Positionsbestimmung unter Wasser

10.

Koppelnavigation (Dead Reckoning)

Beschreibung

Diese Methode berechnet Ihre aktuelle Position auf Grundlage Ihrer letzten bekannten Position und verwendet dabei Schätzungen Ihrer Geschwindigkeit und Richtung. Es ist wie die Navigation in einem dunklen Raum, indem Sie Ihre Schritte und Wendungen von der Tür aus verfolgen.

Anwendungsfälle

Wird in Tunneln, dicht besiedelten Stadtgebieten und von Fahrzeugen oder Robotern verwendet, wenn keine GNSS-Signale verfügbar sind. Die Koppelnavigation wird oft bei Kalkulationen im Zusammenhang mit INS verwendet.

Popularität

Hohe Beliebtheit bei Anwendungen in speziellen Kontexten, wird oft als Ergänzung anderer Methoden verwendet.

Erfahren Sie mehr darüber, wie das GPS-Signal schneller und genauer ermittelt wird, in unserem Artikel: A-GPS – Eine Technologie zur Verbesserung der GPS-Leistung

Fazit

Obwohl GNSS nach wie vor die beliebteste und am weitesten verbreitete Methode zur Standortbestimmung ist, sind verschiedene andere Systeme in bestimmten Kontexten von entscheidender Bedeutung, in denen GNSS Einschränkungen aufweist. Diese alternativen Systeme gewährleisten eine robuste und zuverlässige Standortbestimmung in einer Vielzahl von Anwendungen, von der Navigation in Innenräumen und der Unterwasserortung bis hin zur hochpräzisen Verfolgung und autonomen Fahrzeugnavigation. Durch die Nutzung dieser ergänzenden Technologien können wir in praktisch jeder Umgebung eine genaue und zuverlässige Standortbestimmung erreichen.

Titelbild: Alexander Ant / pexels

Erfahren Sie mehr darüber, wie das GPS-Signal beeinflusst wird in unserem Artikel: Die exakte Position: Welche Faktoren beeinflussen das GPS-Signal?

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