GNSS – Global Navigation Satellite System
Abkürzung: GNSS
Oberbegriff für Satellitennavigationssysteme wie GPS, Galileo, GLONASS und BeiDou — sie liefern Position und hochgenaue Zeit.
GNSS steht für Global Navigation Satellite System, globales Navigationssatellitensystem. Der Begriff fasst alle Satellitensysteme zusammen, mit denen ein Empfänger auf der Erde seine Position bestimmt. Umgangssprachlich heißt das oft einfach GPS, doch GPS ist nur eines davon.
Die Systeme
| System | Betreiber | Reichweite |
|---|---|---|
| GPS | USA | weltweit |
| GLONASS | Russland | weltweit |
| Galileo | Europäische Union | weltweit |
| BeiDou | China | weltweit |
| QZSS | Japan | regional, Asien-Pazifik |
| NavIC | Indien | regional, Indien und Umgebung |
Moderne Empfänger nutzen mehrere Systeme gleichzeitig. Mehr sichtbare Satelliten verbessern Genauigkeit und Verfügbarkeit, gerade in Städten mit hohen Gebäuden.
Wie es funktioniert
Jeder Satellit trägt Atomuhren und sendet laufend seine genaue Zeit und seine Bahndaten. Der Empfänger misst, wann die Signale mehrerer Satelliten bei ihm ankommen. Aus den Laufzeitunterschieden berechnet er seine Position. Weil seine eigene Uhr ungenau ist, braucht er dafür mindestens vier Satelliten: drei für die Position im Raum, einen vierten, um den Fehler der eigenen Uhr herauszurechnen.
Dieser vierte Wert ist der Grund, warum GNSS auch als Zeitquelle dient: Nebenbei kennt der Empfänger die Zeit auf wenige zehn Nanosekunden genau.
GNSS als Zeitquelle
Viele Netze beziehen ihre Zeit letztlich aus dem All, oft ohne es zu wissen:
- Mobilfunk. Basisstationen synchronisieren sich über GNSS oder über PTP, dessen Grandmaster wiederum an GNSS hängt.
- Rechenzentren und Börsen. Zeitserver mit GNSS-Antenne auf dem Dach verteilen die Zeit an die Systeme.
- Stromnetze. Messgeräte in Umspannwerken vergleichen ihre Werte über GNSS-Zeit.
Für Zeitanwendungen genügt ein Satellit, wenn die Antenne fest montiert und ihre Position bekannt ist. Die Ausgabe erfolgt meist als Sekundenpuls (PPS) und als NMEA-Datensatz.
Die Antenne
Eine GNSS-Antenne braucht freie Sicht zu einem möglichst großen Teil des Himmels, meist auf dem Dach. Das Kabel zum Empfänger ist eine Zuleitung von außen und muss gegen Blitz und Überspannung geschützt werden. Bei langen Kabelwegen gleichen Verstärker die Dämpfung aus, oder das Signal wird über Glasfaser übertragen.
Schwachstellen
GNSS-Signale kommen sehr schwach am Boden an. Das macht sie anfällig:
Störung (Jamming). Ein Störsender überdeckt das Signal; der Empfänger verliert den Empfang. Billige Störsender in Fahrzeugen reichen für die Umgebung einer Straße.
Täuschung (Spoofing). Ein Sender gaukelt gefälschte Satellitensignale vor, der Empfänger berechnet falsche Position oder Zeit — siehe Spoofing.
Zeitkritische Anlagen setzen deshalb auf mehrere Quellen, etwa GNSS plus DCF77 oder eine Zeitverteilung über Glasfaser, und auf Oszillatoren, die einen Ausfall eine Zeit lang überbrücken.