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Der gesamte Komplex der satellitengestützten Ortung umfaßt drei Hauptgruppen:
die Satelliten als Sendernetz (Space Segment)
die Boden- oder Kontrollstationen (Control Segment)
der Empfänger (User Segment)
Die Satelliten
Es werden zur Zeit 21 Satelliten + 3 aktive Ersatzsatelliten eingesetzt. Somit sind nun auch kurzzeitige Überdeckungslücken in einigen Bereichen der Erde vermieden worden (ursprünglich verwendete man 18+3 Satelliten). Sie laufen in etwa 20.200 km Höhe auf nahezu kreisförmigen Bahnen um die Erde; die Umlaufzeit beträgt 12 Stunden. Da zur genauen Bestimmung der Position mindestens 4 Satelliten nötig sind, bilden jeweils 4 Stück eine Ebene. Daraus ergibt sich die Anzahl von 6 Ebenen (=Umlaufbahnen).
Die Satelliten senden im wesentlichen ihren Identifizierungscode, eine hochgenaue, synchronisierte Uhrzeit und ihre jeweilige Position im All. Damit kann mit Hilfe geeigneter Empfänger und Auswerteverfahren eine dreidimensionale Ortsbestimmung und somit Zielführung, aber auch eine Zeitsynchronisation erfolgen.
Die Stationen
Alle Satelliten werden von einer Hauptstation und 5 Kontrollstationen am Boden kontrolliert. Letztere empfangen die Signale aller sichtbaren Satelliten und berechnen daraus die jeweilige Entfernung zu ihnen. Dieses Meßergebnis und gegebenenfalls andere wichtige Daten für einen Satelliten werden der Hauptstation zusammen mit meteorologischen Daten übermittelt. Das Kontrollzentrum berechnet daraus für jeden Satelliten die erforderlichen Parameter, die seine Umlaufbahn und sein Uhrenverhalten beschreiben. Diese Korrekturdaten werden über die Verbindungsstationen in die "Navigation Message" des Satelliten eingebunden.
Die Orte der Kontrollstationen sind so gewählt, daß jeder Satellit diese mindestens einmal pro Tag so überquert, daß er vier Stationen gleichzeitig "in Sicht" hat. Der Grund hierfür ist folgender: Wenn man das Signal eines Satelliten in vier Stationen gleichzeitig empfängt, deren Standorte genau vermessen und damit bekannt sind, so kann man auch den Standort des Satelliten und dessen Uhrengenauigkeit bestimmen bzw. überprüfen und gegebenenfalls korrigieren.
Der Empfänger
Hier werden die gewünschten Standort-, Navigations- oder Zeitdaten berechnet.
Grundsätzlich unterteilt man die Empfängertypen grob in drei Gruppen:
. Empfänger für zivile Nutzung mit eingeschränkter Genauigkeit
. Empfänger für militärische Nutzung mit hoher Genauigkeit
. Geodäsieempfänger für die Auswertung der Trägerphase
Die Nachrichten der Satelliten werden auf zwei Trägerfrequenzen im GHz-Bereich, dem sogenannten L-Band, in digitaler Form übertragen. Diese Nachrichten werden im Empfänger entschlüsselt, um daraus in nachgeschalteten Rechnern die notwendigen Berechnungen anzustellen.
Alle Vorgänge, wie die Erzeugung der Trägerfrequenz, die Bereitstellung der Rechner, die Erzeugung der digital codierten Information etc. erfordern ein hochgenaues, stabiles Frequenznormal. Aus diesem Grund haben alle Satelliten Atomuhren an Bord, die mit einer Genauigkeit von etwa 1x10-13 s arbeiten. Dies entspricht in etwa einer Abweichung von 1 ns pro Tag, oder anders formuliert einer tausendstel Sekunde seit Beginn unserer Zeitrechnung ! Aufgrund der zentralen Bedeutung dieser Bausteine hat jeder Satellit vier solcher Uhren an Bord.
Aus der Frequenz der Atomuhren wird eine Grundfrequenz von f0 = 10,23 MHz bestimmt. Alle anderen Frequenzen werden von dieser abgeleitet.
Wie bereits erwähnt, werden zwei Trägerfrequenzen (L1=1575,42MHz & L2=1227,60MHz) verwendet. Während der L1-Träger alle Informationen beinhaltet (entspricht dem C/A-Code ), sind im L2-Träger entweder nur der P-Code , oder aber auch noch Systemdaten enthalten, wie z.B. die Korrekturdaten für die Rücksetzung einer künstlichen Verschlechterung.
Die Frequenz des C/A-Codes (für die Zivilnutzung) beträgt ein Zehntel der Frequenz des vom Militär genutzten P-Codes. Die eingeschränkte Genauigkeit für die zivile Nutzung wurde also hier vorgegeben. Man unterscheidet deshalb in:
"Standard Positioning Service" (SPS) für C/A-Code Zivil
"Precise Positioning Service" (PPS) für P-Code Militär
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