Wie GPS funktioniert – und wo es versagt

Die GPS-Satelliten kreisen in rund 20.000 Kilometern Höhe. An Bord tragen sie Atomuhren, die extrem genau gehen. Jeder Satellit sendet laufend, wo er sich gerade befindet und welche Zeit seine Uhr zeigt. Der Empfänger vergleicht den Zeitstempel mit dem Moment, in dem das Signal ankommt. Da sich Funkwellen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – rund 300.000 Kilometer pro Sekunde –, ergibt die Laufzeit den Abstand.

Mit dem Abstand zu einem Satelliten weißt du nur, dass du irgendwo auf einer riesigen Kugel um ihn herum bist. Mit drei Satelliten schneiden sich drei solcher Kugeln, und es bleibt ein Punkt übrig. Der vierte wird gebraucht, weil die Uhr im Telefon nicht annähernd so genau ist wie eine Atomuhr. Der Empfänger rechnet seinen eigenen Uhrenfehler einfach als vierte Unbekannte mit aus.

Wie empfindlich das ist, zeigt eine einfache Rechnung: Ein Fehler von einer millionstel Sekunde entspricht bei Lichtgeschwindigkeit rund 300 Metern. Deshalb hängt die ganze Genauigkeit an präzisen Uhren und sauberen, direkten Signalen.

Die Signale kommen aus großer Entfernung und sind am Boden sehr schwach. Fels, Beton, Metall, der menschliche Körper und nasses Laub schwächen sie zusätzlich. In einer engen Schlucht oder einer Straßenschlucht zwischen Hochhäusern sieht das Gerät nur einen schmalen Streifen Himmel und damit wenige Satelliten, die zudem ungünstig in einer Reihe stehen. Die Position wird dann unsicher.

Noch tückischer sind Reflexionen. Prallt ein Signal von einer Felswand oder Hauswand ab, ist sein Weg länger als der direkte. Das Gerät hält den Satelliten für weiter entfernt, als er ist, und die Position springt oft um viele Meter. Typisch ist eine Spur, die im Zickzack durch Häuserblöcke läuft, obwohl man geradeaus gegangen ist.

Die Höhenangabe ist meist ungenauer als die Lage, weil alle Satelliten über dir stehen und keiner von unten „misst“. Für Höhen sind Karte, Höhenlinien und ein kalibrierter Höhenmesser verlässlicher. Viele Geräte zeigen einen Genauigkeitskreis an – er ist eine Schätzung des Geräts, keine Garantie.

Für eine gute Position gehst du an eine offene Stelle, hältst das Gerät nach oben, frei vom Körper, und wartest kurz, bis sich die Anzeige beruhigt. Nach langer Pause oder an einem neuen Ort braucht der Empfänger manchmal etwas länger für die erste Position. Telefone holen sich Hilfsdaten über das Mobilnetz und sind dann schneller – die Ortung selbst funktioniert aber auch ohne Netz.

Was ohne Netz oft fehlt, ist die Karte. Viele Karten-Apps laden ihre Karten laufend aus dem Internet. Lade deshalb die Karten deines Gebiets vor der Tour herunter. Sonst siehst du zwar einen blauen Punkt, aber auf leerem grauen Hintergrund.

Prüfe die Anzeige immer gegen das Gelände: Passt der Bach, der Hang, die Wegkreuzung? Und beachte: Die Satellitenposition sagt nicht, wohin du schaust. Die Pfeilrichtung im Stand stammt meist von einem eingebauten Magnetsensor, der durch Metall und Elektronik gestört werden kann. Eine Richtung aus GPS allein ergibt sich erst, wenn du dich bewegst.

Ein Gerät kann jederzeit ausfallen: leerer Akku, Kälte, Nässe, ein Sturz auf Fels, ein Software-Fehler. Deshalb gilt: Papierkarte und Kompass mitnehmen und ihren Gebrauch üben, solange alles funktioniert. Wer nur dem blauen Punkt folgt, merkt oft nicht, wo er eigentlich ist, und steht beim Ausfall plötzlich ohne Orientierung da.

Spare Energie, wo du kannst: Bildschirm dunkel, Flugmodus mit eingeschalteter Ortung, das Gerät in der Kälte nah am Körper tragen, eine Powerbank dabei haben. Prüfe den Akkustand regelmäßig, nicht erst, wenn er schon rot ist.

In manchen Regionen werden Satellitensignale absichtlich gestört oder verfälscht. Das Gerät zeigt dann womöglich eine völlig falsche Position an, ohne zu warnen. Wenn die Anzeige nicht zum Gelände passt, vertraue dem Gelände und der Karte.

„GPS“ ist eigentlich nur der Name des US-amerikanischen Systems. Der Oberbegriff lautet GNSS, globale Satellitennavigationssysteme. Dazu gehören auch das europäische Galileo, das russische GLONASS und das chinesische BeiDou. Viele Geräte nutzen mehrere Systeme gleichzeitig und haben so mehr Satelliten in Sicht – ein Vorteil gerade in Tälern und Städten.

Im Notfall sind Koordinaten Gold wert. Sie lassen sich in verschiedenen Formaten angeben, etwa in Dezimalgrad oder in Grad, Minuten und Sekunden. Lies sie langsam und vollständig vor und nenne das Format. In vielen Ländern übermittelt ein Telefon beim Notruf außerdem automatisch seinen Standort an die Leitstelle – trotzdem lohnt es sich zu wissen, wo man seine Koordinaten im Gerät findet.

Eine erstaunliche Nebenbemerkung aus der Physik: Die Uhren der Satelliten gehen wegen Einsteins Relativitätstheorie minimal anders als Uhren am Boden. Dieser Effekt wird im System ausgeglichen – sonst würde die Position schon nach kurzer Zeit deutlich abweichen.