Die Grundlagen der Funktionsweise von GPS und eine Aktivität zum Ausprobieren zu Hause

Die Grundlagen der Funktionsweise von GPS und eine Aktivität zum Ausprobieren zu Hause

Als kleiner Junge verbrachte ich viel Zeit mit meinem Großvater beim Angeln. Er hatte Dutzende von geheimen Angelstellen, die über das ganze westliche Ende des Sees verstreut waren. Dazu gehörten Steigungen, Abhänge, Bachkanäle, Punkte und untergetauchte Reisighaufen.

Großvaters Methode, diese Stellen immer wieder zu finden, ist heute wahrscheinlich so etwas wie eine verlorene Kunst, hat aber große Ähnlichkeit mit der Funktionsweise von GPS. Anstatt wie normale Menschen irgendetwas mit einem Schwimmer oder einem Krug zu markieren – „Ich will nicht, dass die anderen Menschen sie finden!“, würde er sagen – lokalisierten wir Orientierungspunkte am Ufer und orientierten uns daran, wie diese Orientierungspunkte aufgereiht waren. Wir brauchten mindestens zwei Bezugspunkte, die annähernd 90 Grad zueinander standen, um das Boot über dem gewünschten Punkt zu positionieren.

 

DIE GRUNDLAGEN DES GPS

Wenn Sie mehrere Punkte mit bekannten Standorten haben und die Entfernung zu allen Punkten von Ihrem Standort aus kennen, können Sie Ihren Standort berechnen. Nun, vielleicht können Sie das nicht, aber Ihr GPS-Empfänger kann es.

Das Global Positioning System besteht aus 24 Satelliten in einer Umlaufbahn, die so angeordnet sind, dass sich an jedem Ort und zu jeder Zeit mindestens vier Satelliten über Ihnen befinden sollten. Jeder Satellit sendet seinen Standort und den Zeitpunkt dieser Übertragung. Ein GPS-Sender empfängt diese Übertragung und identifiziert den Satelliten, seine Position und die seit der Übertragung verstrichene Zeit. Dann berechnet es seine Entfernung zum Satelliten anhand der Zeit, die die Übertragung bis zum GPS-Gerät benötigt hat.

Der Standort des Empfängers befindet sich dann in dieser Entfernung irgendwo in einer Kugel um den Satelliten. Dies ist nicht sehr hilfreich. Wenn jedoch der gleiche Prozess mit einem anderen Satelliten durchgeführt wird, kann der Standort auf zwei Orte im Weltraum eingegrenzt werden – wo sich die Sphären um die Satelliten schneiden – und nur einer dieser Orte sollte auf der Erdoberfläche liegen. Wenn man einen dritten Satelliten hinzufügt, wird die Position viel präziser. Bei drei Satelliten, die sich in einer ähnlichen Ebene befinden, könnte es immer noch zu Verwechslungen kommen. Der Punkt könnte sich immer noch senkrecht zu ihnen bewegen. Wenn wir jedoch einen vierten Satelliten hinzufügen, erhalten wir eine „3D“-Position – wir kennen Breitengrad, Längengrad und Höhe.

 

MACHEN SIE IHR EIGENES GPS

Mit der folgenden Aktivität können Sie demonstrieren, wie GPS funktioniert.

Sie werden benötigen:

  • Ein kleines Objekt
  • Schnur
  • Schere
  • Klebeband
  • Eine flache Oberfläche, z. B. eine Tischplatte

Schritt 1: Nehmen Sie Ihren Gegenstand und binden Sie eine Schnur daran. Befestigen Sie das Ende der Schnur mit Klebeband an einer Tischplatte. Bewegen Sie das Objekt, während Sie die Schnur straff halten. Das Objekt ist bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt, aber es kann immer noch an viele Orte gehen.

Schritt 2: Binden Sie eine weitere Schnur an das Objekt. Dehnen Sie die Schnur aus und befestigen Sie das Ende mit Klebeband am Tisch. Je nachdem, wie die Enden zueinander stehen, sollte die Bewegung des Objekts weiter eingeschränkt werden.

Schritt 3: Versuchen Sie eine dritte Schnur. Heben Sie das Objekt über die Tischoberfläche; es kann sich immer noch in diese Richtung bewegen.

Schritt 4: Binden Sie eine vierte Schnur an, und ziehen Sie das Objekt mit der Schnur nach oben. Sobald die vierte Schnur befestigt ist, sollte das Objekt keine Möglichkeit mehr haben, sich in irgendeine Richtung zu bewegen. Die Position des Objekts (das Sie oder Ihr mit GPS ausgestattetes Telefon darstellt) ist relativ zu dem Punkt bekannt, an dem die Schnüre (die die Satelliten darstellen) befestigt sind.