Globale Satelliten-Navigationssysteme (GNSS) dienen der weltweiten Positionsbestimmung, der Koordinaten- und Zeitübermittlung. Sie werden in kommerziellen Bereichen in der Luftfahrt und der Schifffahrt aber auch im Autoverkehr und Schienenverkehr eingesetzt. GNSS- Systeme werden von der Polizei, dem Grenzschutz, Zoll und dem Militär benutzt, ebenso wie von Such- und Rettungsdiensten, und nicht zuletzt von Logistik-Unternehmen, Unternehmen für Luftaufnahmen und von Privatpersonen.
Weltweit gibt es das US-amerikanische Global Positioning System ( GPS), das primär für Militäraufgaben konzipiert wurde und mit einer verringerten Auflösung auch für zivile Zwecke genutzt wird. Daneben wird das von der Europäischen Union initiierte Satelliten-Navigationssystem Galileo installiert, das in seinen Anwendungsmöglichkeiten weiter gefasst ist als das GPS-System. Darüber hinaus gibt es das russische Navigationssystem Glonass und das chinesische Compass.
Satelliten-basierte Navigationssysteme
Alle Satelliten-basierten Navigationssysteme arbeiten erdnahen Satelliten, damit die mobilen Empfangsgeräte die Satellitensignale noch empfangen können. Zur Bestimmung der Position muss das Empfangsgerät die Signale von mindestens drei Satelliten gleichzeitig an jedem Ort der Erde empfangen können, besser von vier. Um diese Rahmenbedingungen - Erdnähe und gleichzeitiger Empfang von drei (vier) Satelliten - erfüllen zu können, müssen Satelliten-Navigationssysteme aus mindestens 24 Satelliten bestehen, besser aus 32. Dadurch ist sichergestellt, dass immer ein neuer Satellit vom Navigationsgerät empfangen werden kann, bevor ein anderer in den Erdschatten tritt. In Satelliten-Navigationssystemen arbeitet man mit MEO-Satelliten zwischen 19.000 und 24.000 km Flughöhe, die die Erde in geosynchronen Flugbahnen umkreisen. Glonass hat eine Flughöhe von 19.100 km, die GPS-Satelliten kreisen in 20.180 km, Compass-Satelliten in 22.000 km und die Galileo-Satelliten in 23.600 km. Verschiedene GNSS-Systeme arbeiten mit Reserve-Satelliten und GEO-Satelliten, über die die Kommunikation abgewickelt wird. Alle Navigations-Satelliten senden kontinuierlich zwei Signale: ein hochpräzises Zeitsignal und ein Koordinatensignal, aus dem die aktuelle Satelliten-Position zu einem bestimmten Zeitpunkt hervorgeht.
Die Positionsgenauigkeit von Navigationssystemen
Da die Positionsgenauigkeit vom GPS-System für die private Nutzung eingeschränkt ist gegenüber der höchst möglichen Positionsauflösung, hat man diverse Verfahren mit stationären und satellitengestützten Systemen entwickelt, die die Positionsgenauigkeit bis in den Zentimeterbereich erhöhen. Diese Systeme nennen sich Satellite Based Augmentation System ( SBAS). Zu ihnen gehören Differential Global Positioning System ( DGPS), Differential Global Navigation Satellite System ( DGNSS), European Geostationary Overlay Service ( EGNOS), Wide Area Augmentation System ( WAAS) und Precise Point Positioning ( PPP).
Die empfangstechnische Seite der Satelliten-Navigation bilden die Navigationsgeräte. Es sind reine Empfangseinrichtungen, die die Signale von mindestens drei Satelliten empfangen und aus den Zeitangaben, den Satelliten-Koordinaten und der Laufzeit ihre eigene Position auf der Erde berechnen.
Neben den erwähnten Verfahren zur Erhöhung der Positionsgenauigkeit, gibt es noch das Multi-GNSS. Dieses Verfahren arbeitet mit einem Dual-Navigationsgerät, das gleichzeitig zwei Navigations-Satelliten empfangen kann - GPS und Glonass - und beide Positionswerte miteinander kombiniert.