Wie funktioniert die Satelliten-Navigation?

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Meine Satelliten-Navigation spricht: “Nach 100 Metern rechts abbiegen und dann die zweite links abbiegen”. Wie funktioniert das eigentlich?

Satelliten-Navigation nutzt Satelliten

Satelliten-Navigation

Diese Überlegungen gelten bei jeder Navigations-Technik, analog mit Landkarten und Stadtplänen sowie digital mit fest ins Auto integrierten Geräten, mit speziellen “Einzweck”-Navigationsgeräten für die Windschutzscheibe, mit universellen Smartphones.

  • Wo ist der aktuelle Standort in der Landkarte?
  • Routenplanung: Welcher Weg führt zum Ziel?
  • Fahranweisungen: Wo muss ich in welche Richtung abbiegen?
  • Sperrung oder Störung: Welcher alternative Weg führt zum Ziel?
  • Zusatzinformationen: Wie viel Rest-km sind es noch, welche Ankunftszeit ist zu erwarten.

Eine Landkarte für alle Aufgaben der Satelliten-Navigation

Das Kartenmaterial ist die Grundlage, es muss mindestens den gesamten Bereich zwischen Start und Ziel abdecken. Nicht nur die genaue Route, sondern (z.B. für den Fall ungeplanter Sperrungen) auch alternative Strecken.

Kartenmaterial gibt es für Regionen (z.B. Bundesländer), für Länder (z.B. Deutschland), für benachbarte Ländergruppen (z.B. D-A-CH für Deutschland, Österreich, Schweiz oder für Westeuropa), für Kontinente (z.B. Europa) oder sogar weltweit.

Das Navigationsgerät muss auf das Speichermedium des Kartenmaterials zugreifen können. Integrierte Geräte verwenden z.B. CDs oder DVDs. Einzweck-Navigationsgeräte haben den Speicherplatz im Gerät. Smartphones speichern das Kartenmaterial im Gerät (z.B. auf einer Speicherkarte) oder im Internet, abhängig von der Navigations-App.

Die Maßstäbe müssen passen. Für Langstrecken sind weniger Details nötig als z.B. in der Stadt, beim Wandern oder Radfahren. Bei der Satelliten-Navigation passt sich der Maßstab an die Situation an: von “große Richtung” bis “hausnummerngenau”.

Viele Navigations-Satelliten für einen Standort

Für die Ermittlung des genauen aktuellen Standorts werden Navigations-Satelliten benutzt. Ca. 30 Satelliten kreisen in ca. 30 km Höhe zweimal täglich um die Erde und senden ständig ihre eigene Position (im Verhältnis zur Erde) sowie die genaue Uhrzeit. Die Zeit ist nicht die lokale Sommer- oder Normalzeit, sondern die Weltzeit “UTC” (Universal Time Code).

Die älteste und bekannteste Satelliten-Navigation ist GPS (Global Positioning System) aus den USA. Die Satelliten-Navigation wird daher oft “GPS-Navigation” genannt. Das System wurde für militärische Zwecke entwickelt und darf zivil genutzt werden. Abhängig von der politischen Situation kann es von detailreich auf detailarm umgeschaltet oder sogar deaktiviert werden. Diese Abhängigkeit führte zur Entwicklung konkurrierender Systeme: GLONASS (russ. Föderation), GALILEO (EU, geplant für 2020) und BEIDOU (China, ebenfalls geplant für 2020).

Alle Navigations-Geräte haben (eingebaute) Antennen, die die Signale der Satelliten auffangen können. Moderne Geräte empfangen nicht nur GPS-Signale, sondern auch die Signale der konkurrierenden Satelliten. Ein Navigations-System braucht Sichtkontakt zu mindestens drei Satelliten, um daraus die Position des Geräts auf der Erde zu errechnen, ausgedrückt als geographische Koordinaten (Länge und Breite). Im normalen Betrieb sind es oft 10 bis 15 Satelliten. Mit der Anzahl der gleichzeitig empfangenen Satelliten-Signale steigt die Genauigkeit der eigenen Position. In dichten Wäldern oder tiefen Häuserschluchten ist der Sichtkontakt eingeschränkt. Dann werden weniger Satelliten “gesichtet”, die Ortung ist weniger genau,

Das Gerät kann mit Hilfe der geographischen Koordinaten den aktuellen eigenen Standort im Kartenmaterial erkennen. Die Navigation führt dynamisch vom aktuellen Standort zum vorgegebenen Ziel.

Was kostet die Satelliten-Navigation?

Das Gerät

Dass das Gerät etwas kostet, überrascht nicht. Integrierte Systeme (z.B. als Komponente eines “Infotainment”-Systems mit Autoradio, Freisprechanlage etc.) können leicht 4-stellige Beträge kosten. Seltener geworden sind die Einzweck-Navigations-Systeme für 3-stellige Beträge. Ähnlich viel kostet ein universelles Smartphone. Allerdings entstehen keine zusätzlichen Geräte-Kosten für die Navigation – jedes Smartphone ist dazu in der Lage.

Das Programm

Das Navigations-Programm ist üblicherweise Bestandteil des Gerätepreises. Bei Smartphones sind die Navigations-Apps üblicherweise kostenlos.

Das Kartenmaterial

Das Kartenmaterial wird preislich unterschiedlich behandelt, abhängig vom Geschäftsmodell des Anbieters. Der Markt ist unübersichtlich, er verändert sich mit dem Wettbewerb. Bei integrierten Systemen sind Updates teuer, abhängig von der Größe der Region. Einzweck-Systeme kämpfen um die Existenz und bieten Updates z.T. kostenlos an.

Das Kartenmaterial für Smartphone-Navigation ist meist kostenlos. Google will zusätzlich Kunden gewinnen und deren Daten vermarkten. Mit Here WeGo wollen Autohersteller (Audi, BMW und Mercedes gemeinsam) das Kartenmaterial für das autonome Fahren verbessern. OpenStreetMap ist ein nicht-kommerzielles Projekt nach dem Wiki-Konzept.

Die Satelliten-Signale

Die Satelliten-Signale können ohne Registrierung und ohne Gebühren genutzt werden. Satelliten strahlen die Signale aus, die Geräte können sie direkt empfangen, ohne Umweg über die Funkmasten.

Die Internet-Nutzung

Falls die Satelliten-Navigation das Internet benutzt, ist das übertragene Datenvolumen mit dem Mobilfunk-Tarif zu bezahlen, die übertragene Datenmenge geht zu Lasten des Monatsvolumens. Für die Navigation gibt es diese Situationen, die für die Internet-Gebühren wichtig sind:

  • Die “Online-Navigation” benutzt Kartenmaterial, das im Internet gespeichert ist. Die geografischen Koordinaten des aktuellen Standorts werden ins Internet übertragen. Daraus werden die Fahranweisungen errechnet und zurück zum Smartphone übertragen. Die bekannteste Online-Navigation ist “Google Maps“. Sie wird üblicherweise beim Kauf von Android-Smartphones mitgeliefert. Es gibt weitere Online-Apps, die auch das Kartenmaterial von Google Maps nutzen.
  • Die “Offline-Navigation” benutzt Kartenmaterial, das im Gerät gespeichert ist. Aus den geografischen Koordinaten des aktuellen Standorts werden im Gerät die Fahranweisungen errechnet. Datenaustausch mit dem Internet ist nicht erforderlich, Gebühren entstehen nicht. Eine bekannte Offline-Navigation ist “Here WeGo“.
  • Wenn ein Navigations-System Verkehrsnachrichten benutzt, um z.B. Staus zu umgehen, müssen diese Verkehrsinformationen übertragen werden. Dafür werden Datenvolumen und Gebühren verbraucht. Das gilt für Online- und für Offline-Navigation.

Insgesamt ist festzustellen, dass die Navigation nur ein sehr geringes Datenvolumen verbraucht. Z.B. braucht die Online-Navigation mit Google Maps nur etwa 1 MB pro Stunde. Je nach Daten-Tarif sind das z.B. bis zu 0,24 Euro pro Stunde.

Mein Systemvergleich

Die vertrauten Wege “kennt das Auto allein”, die muss man nicht planen. Anders ist es bei unbekannten Zielen, in fremder Umgebung, bei unerwarteten Störungen. Orientierungssinn und Selbstvertrauen sind gut, können aber auch über vermeidbare Umwege führen.

Ich erinnere mich deutlich an den klassischen Shell-Atlas und die Stapel von Landkarten und Stadtplänen. Im Zweifel waren sie überholt oder im falschen Maßstab. Als Alleinfahrer musste ich immer mal anhalten, evtl. fragen und den Plan korrigieren. Mit Beifahrer*in gab es immer mal Missverständnisse, Ungeduld, Kopfschmerzen. Kostenlos ist diese Navigation nicht, z.B. den Shell-Atlas gibt es immer noch für 30 Euro.

Satelliten-Navigation

Ich bevorzuge Here WeGo. Per WLAN aktualisiere ich das Kartenmaterial kostenlos vor jeder Reise. Seit mehreren Geräte-Generationen habe ich mich an die immer genauere und schnellere Smartphone-Navigation gewöhnt. Ich möchte nicht mehr darauf verzichten. Das Fahren ist viel entspannter, ich kann mich besser auf den Verkehr konzentrieren.

Einen Satz Deutschland-Karten habe ich trotzdem immer noch im Handschuhfach. Vielleicht (bisher zum Glück nicht) fällt das Smartphone mal aus. Und das Ladekabel zwischen Zigarettenanzünder und Smartphone muss dick genug sein: Ohne ausreichende Akku-Ladung keine Satelliten-Navigation.


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