Navigation mit Gerät: was GPS wirklich leistet — und was die Betreiber zusagen

„Genauigkeit: 3 Meter“ steht auf vielen Geräteverpackungen. Die Betreiber der Satellitensysteme sagen etwas anderes zu — und sie schreiben ausdrücklich dazu, was in ihrer Zusage nicht enthalten ist. Diese Ausschlussliste ist der eigentliche Inhalt dieses Themenbereichs, denn sie enthält genau die Fehler, die im Wald, in der Schlucht und am Steilhang dominieren.

Was GPS und Galileo tatsächlich zusagen

Beide Betreiber veröffentlichen ihre Leistungszusagen, und beide drücken sie im 95-Prozent-Perzentil aus. „8 Meter“ heißt also: In 95 von 100 Fällen liegt der Fehler darunter.

GPS, durchschnittlicher Ort

8 m horizontal, 13 m vertikal Global Positioning System Standard Positioning Service Performance Standard, 5. Ausgabe, Tabelle 3.8-3 (Position/Velocity/Time Accuracy Standards), Seite 58

GPS, ungünstigster Ort

15 m horizontal, 33 m vertikal derselbe Standard, Zeile darunter

Galileo, durchschnittlicher Ort

5 m horizontal, 8 m vertikal Galileo Open Service — Service Definition Document, Issue 1.3, Tabelle 16 (average user location) und Tabelle 17 (worst user location), Seite 29

Galileo, ungünstigster Ort

10 m horizontal, 16 m vertikal jeweils für Ein- und Zweifrequenzempfang

Fundstelle: GPS SPS Performance Standard, 5. Ausgabe (April 2020), Tabelle 3.8-3; Galileo OS SDD, Issue 1.3 (2023), Tabellen 16 und 17

Die 3 Meter, die man überall liest, stehen übrigens auch im GPS-Dokument — aber an anderer Stelle und mit anderem Status: als Beobachtung, nicht als Zusage. Mit der Signalgenauigkeit von 2018 erreichten gut konstruierte Empfänger horizontal 3 Meter oder besser. Das ist der Grund, warum zwei verschiedene Zahlen kursieren — und warum keine von beiden falsch ist.

Ausführlich, mit dem Unterschied zwischen Signal- und Positionsfehler: Was GPS zusagt.

Was in keiner der beiden Zusagen enthalten ist

Acht Fehlerquellen, die der GPS-Standard einzeln aufzählt und die Galileo in einer Zeile zusammenfasst. Vier davon sind draußen die entscheidenden:

Mehrwegeausbreitung

multipath and receiver multipath mitigation Das Signal erreicht die Antenne nicht nur direkt, sondern zusätzlich über Felswände, Hausfassaden oder nasse Steilhänge. Der Empfänger misst dadurch einen zu langen Weg.

Empfängerrauschen und Auflösung

receiver noise (including received signal power and interference power) and resolution Je schwächer das Signal ankommt — unter dichtem Nadelwald, im Rucksackdeckel, am Körper getragen —, desto stärker rauscht die Messung.

Antenneneffekte des Nutzers

user antenna effects Eine Uhr am Handgelenk hat eine andere Antennenlage als ein Handgerät in der Hand; der eigene Körper schirmt einen Teil des Himmels ab.

Bedienfehler

operator (user) error Falsches Bezugssystem eingestellt, Koordinate falsch abgelesen, Wegpunkt im falschen Format eingetippt.

Fundstelle: GPS SPS Performance Standard, 5. Ausgabe, Abschnitt 2.4.5 „Excluded Errors“; Galileo OS SDD 1.3: „Propagation and user contributions excluded“

Dazu kommt die Annahme, unter der die Zusagen überhaupt gelten: ein Empfänger, der alle Satelliten oberhalb von 5 Grad über dem Horizont verfolgt — und der Standard hält im selben Absatz fest, dass örtliche Abschattung nicht berücksichtigt wird („no local obscura are considered“).

Die Höhe ist ein eigenes Thema

Ein Satellitenempfänger misst zunächst eine Höhe über einem Rechenellipsoid. Was auf der Karte steht, ist eine Höhe über dem amtlichen Höhenbezug — in Deutschland Normalhöhen im Normalhöhen im DHHN2016. Zwischen beiden liegt die Höhenanomalie, und die ist keine Rundungsgröße: Sie liegt in Deutschland in der Größenordnung einiger Dutzend Meter.

Das Modell, das beides ineinander überführt, heißt German Combined Quasigeoid GCG2016, Aktualisierung 2023 und wird vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie gemeinsam mit den Ländern gerechnet. Warum ein Gerät trotzdem meist die richtige Kartenhöhe anzeigt und wann nicht, steht in Höhe messen.

Was dieser Themenbereich beantwortet

• Wie genau ist mein Gerät wirklich? — Was GPS zusagt und Wald, Schlucht, Fels.
• Bringen mehrere Satellitensysteme etwas? — GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou.
• Warum ist meine aufgezeichnete Strecke länger als die geplante? — Warum der Track länger wird.
• Welche Karte, und was heißt offline? — Offline-Karten.
• Warum passt die Koordinate aus der alten Karte nicht? — Kartendatum.
• Handy oder eigenes Gerät? — Handy oder Handgerät.
• Welche Ladebuchse muss dran sein? — Die USB-C-Pflicht.

Die Grenze zu den Nachbarthemen

Karte und Kompass stehen nicht hier, sondern im Themenbereich Technik & Skills: das Einnorden der Karte, das Lesen von Koordinaten und die Missweisung sind Handgriffe, keine Geräteeigenschaften. Beides gehört zusammen — das Gerät navigiert, Karte und Kompass sind die Rückfallebene, wenn es ausfällt.

Der Strom, den die Geräte brauchen, steht im Themenbereich Energie & Licht; wie viel Powerbank eine Tour mit laufender Aufzeichnung braucht, rechnet der Wh-Bedarfsrechner.

Der Notruf steht im Themenbereich Sicherheit draußen — dort auch, wie die Leitstelle den Standort bekommt und was ohne Netz noch geht.