Im Tunnel bleibt der Standortpunkt auf der Karte stehen oder bewegt sich nur geschätzt weiter. Sobald das Auto wieder unter freiem Himmel fährt, korrigiert sich die Anzeige. Dabei hat das Handy nie mit den GPS-Satelliten gesprochen: Es empfängt ihre Signale lediglich.
Entfernung aus Laufzeit
Die Satelliten senden Informationen zu ihrer Bahn und zur genauen Sendezeit. Aus der Laufzeit eines Signals und der Lichtgeschwindigkeit berechnet der Empfänger eine Entfernung. Eine einzige Entfernung reicht nicht für einen eindeutigen Standort.
Mehrere Satelliten liefern unterschiedliche Entfernungsbedingungen. Ihr gemeinsamer Vergleich ermöglicht die Bestimmung der Position. Die Zeitmessung muss dabei äußerst genau sein: Schon eine Mikrosekunde entspricht einer Strecke von ungefähr dreihundert Metern.
Warum mindestens vier Satelliten wichtig sind
Die Uhr im Smartphone ist nicht so genau wie eine Atomuhr. Deshalb berechnet der Empfänger neben den drei räumlichen Koordinaten auch seine eigene Zeitabweichung. Für diese vier Unbekannten werden grundsätzlich Signale von mindestens vier Satelliten benötigt.
In der Praxis nutzen Geräte möglichst mehr Signale. Viele kombinieren GPS mit weiteren Satellitennavigationssystemen wie Galileo oder BeiDou. Die zusätzliche Auswahl kann helfen, wenn einzelne Richtungen verdeckt sind.
Relativität gehört zur Technik
Satellitenuhren bewegen sich schnell und befinden sich in einem anderen Gravitationspotenzial als Uhren am Boden. Beide Effekte verändern ihren Gang. Ohne entsprechende Korrekturen würden daraus rasch erhebliche Positionsfehler entstehen. Die Technik berücksichtigt diese Unterschiede.
Was Gebäude und Tunnel verändern
Die Signale sind beim Eintreffen schwach. Tunnel und Gebäude können sie abschirmen. Ein Smartphone kann dann andere Informationen nutzen, etwa Bewegungssensoren, Mobilfunk oder bekannte WLAN-Netze. Welche Schätzung gelingt, hängt von Gerät und Umgebung ab.
Zwischen hohen Gebäuden kommen außerdem Reflexionen hinzu. Ein an einer Fassade reflektiertes Signal legt einen längeren Weg zurück. Solche Mehrwegeeffekte können den angezeigten Standort auf die falsche Straßenseite verschieben.
Unter freiem Himmel erreichen Smartphones häufig eine Genauigkeit von einigen Metern. Spezialgeräte und Korrekturverfahren können deutlich präziser arbeiten. Für die grundlegende Satellitenortung müssen die Satelliten weder wissen, wer zuhört, noch wie viele Geräte ihre Signale gleichzeitig empfangen.
