Wie GPS-Genauigkeit funktioniert

Satelliten, Uhren und Trilateration

GPS ist eine Konstellation aus rund 31 Satelliten (dazu kommen Europas Galileo, Russlands GLONASS und Chinas BeiDou — moderne Handys nutzen alle vier), die in etwa 20.200 km Höhe kreisen. Jeder sendet einen extrem genauen Zeitstempel von einer Atomuhr an Bord. Dein Handy misst, wie lange jedes Signal unterwegs war; multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ergibt das die Entfernung zu jedem Satelliten. Eine Entfernung setzt dich auf eine Kugel, zwei auf einen Kreis, drei auf zwei Punkte — und ein vierter Satellit klärt sowohl den endgültigen Punkt als auch den Uhrenfehler deines eigenen Empfängers. Deshalb braucht ein „Fix“ mindestens vier Satelliten, und deshalb dauert der erste Fix nach einem Aufenthalt in Gebäuden am längsten: Der Empfänger lädt noch die Bahndaten jedes Satelliten herunter.

Woher der Fehler kommt

Jeder Meter Abweichung ist ein Zeitmessproblem im Nanosekundenbereich. Beim Durchqueren von Ionosphäre und Troposphäre wird das Signal unvorhersehbar langsamer (2–5 m Fehler), Satellitenuhren und Umlaufbahnen driften leicht (±2 m), und — in Städten der größte Effekt — Signale prallen von Glas und Beton ab, bevor sie bei dir ankommen. Dieser Mehrwegeempfang bedeutet, dass dein Handy eine Reflexion misst statt des direkten Strahls; deshalb sinkt die Genauigkeit in einer Häuserschlucht auf 30–50 m, während ein freies Feld 3 m liefert. Baumkronen, dein eigener Körper und schon das Halten des Handys weit unten fügen kleinere Varianten desselben Problems hinzu.

Die Höhe wird genauso gemessen, leidet aber unter dem etwa 1,5- bis 3-fachen horizontalen Fehler, weil alle Satelliten über dir stehen — von unten hält nichts die Lösung fest. Deshalb zeigt unser Höhen-Tool neben dem GPS-Wert auch einen Wert aus dem Geländemodell.

Was der Genauigkeitskreis wirklich bedeutet

Der Kreis um deinen Punkt ist eine statistische Aussage, keine Grenze: Üblicherweise wird er so gezeichnet, dass die echte Position mit rund 68 % Wahrscheinlichkeit darin liegt. Ein Kreis von 20 m heißt nicht, dass du 20 m danebenliegst — er heißt, dass die eigene Fehlerschätzung des Empfängers, abgeleitet aus Signalqualität und Satellitengeometrie, bei 20 m liegt. Die Geometrie zählt genauso viel wie die Signalstärke: Drängen sich die sichtbaren Satelliten in einem Teil des Himmels (Fachleute sprechen dann von hoher Verdünnung der Genauigkeit, kurz DOP), werden aus kleinen Zeitfehlern große Positionsfehler — so wie sich zwei fast parallele Linien nur unsauber schneiden.

Handys schummeln — im guten Sinne

Ein Handy-Fix ist selten reines GPS. Assisted GPS (A-GPS) lädt die Satellitenbahnen über das Netz, damit der Empfänger die langsame Suche am Himmel überspringt; die Wi-Fi-Ortung gleicht nahe Zugangspunkte mit gemeinschaftlich gesammelten Karten ab (in Gebäuden auf ~15–40 m genau); Mobilfunkmasten liefern sofort eine grobe Schätzung von 100 m–3 km. Dein Betriebssystem verschmilzt all das mit Beschleunigungssensor und Kompass, weshalb der Punkt manchmal auf eine neue Position springt: Der Fusionsalgorithmus hat seine Meinung darüber geändert, welcher Quelle er trauen soll. Wenn du auf dieser Seite deinen Standort abrufst, reicht der Browser uns weiter, was die Fusion des Betriebssystems ergeben hat — wir zeigen die gemeldete Genauigkeit ehrlich an, statt eine Präzision vorzutäuschen, die es nicht gibt.

So wird dein Fix besser

Praktische Schritte, nach Wirkung sortiert: freien Himmel suchen (schon ein paar Schritte weg von einer Hauswand bringen mehr als alles andere); dem Fix 30–60 Sekunden zum Einpendeln geben, statt die erste Schätzung abzulesen; Energiespar-Ortungsmodi abschalten, die klammheimlich auf grobe Quellen umschalten; und bei langen Aufzeichnungen wie mit unserem GPS-Tacho den Bildschirm anlassen und das Handy frei halten — viele Handys drosseln das GPS im gesperrten Zustand. Widersprechen sich zwei Geräte, vertraue dem mit dem kleineren Genauigkeitskreis, und denk daran: Innerhalb der angegebenen Grenzen können beide recht haben. Um einen Ort trotz GPS-Rauschen exakt zu teilen, nutze die Koordinatenformate auf der Seite zu den GPS-Koordinaten — ein Plus Code oder eine MGRS-Angabe driftet nicht.