Wie funktioniert GPS-Tracking? – Übersicht

Was genau ist GPS-Tracking, welche Rolle spielen Signale von Satelliten dabei und wie funktioniert ein GPS-Empfänger? Dieser Artikel gibt dir einen Überblick über die Entwicklung und Funktion des "Globalen Positionsbestimmungssystems".

Smartphone App am Handy zeigt aufgezeichnete Route eines GPS Trackers auf einer Karte

Das Wichtigste zum GPS-Tracking in Kürze::

  • Das Global Positioning System ist ein Satellitennavigationssystem, das ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde. Heute sind GPS-Systeme im zivilen Bereich weit verbreitet.
  • GPS-Tracking dient dazu, Gegenstände zu orten. Man unterscheidet zwischen passivem und aktivem Tracking. Nur mithilfe von Letzterem ist eine Echtzeit-Ortung beweglicher Gegenstände möglich.
  • Mini-GPS-Tracker eignen sich hervorragend, um beispielsweise ein gestohlenes E-Bike aufzuspüren und sicherzustellen. Allerdings besteht ein großer Unterschied zwischen einem echten GPS-Tracker wie BikeTrax von PowUnity und Gadgets wie Apples AirTag, die mit Crowd GPS arbeiten.

Ob beim Autofahren, auf dem Fahrrad oder beim Wandern, in der Landwirtschaft, beim Bergbau oder im Finanzsystem, GPS wirkt sich heute auf fast jeden Aspekt unseres Lebens aus. Aber wie funktioniert die Technik, die wir im Navi oder bei der Verwendung von Google Maps als selbstverständlich erachten, und wie wurde sie entwickelt? Hier werfen wir einen Blick auf die Geheimnisse der GPS-Technologie. Dabei legen wir einen Schwerpunkt auf ihre Funktion im Mobilitätssektor.

Was ist GPS-Tracking? Eine Definition des Globalen Positionsbestimmungssystemss

Was bedeutet GPS?

GPS (Global Positioning System), offiziell NAVSTAR GPS, ist ein weltweites Funknavigationssystem, das derzeit von 24 Satelliten 6 und deren Bodenstationen gestützt wird. Das System wurde ursprünglich ausschließlich für militärische Zwecke entwickelt. Heute kann jeder zivile Nutzer ohne Gebühren oder Einschränkungen auf GPS-Signale zurückgreifen.

GPS-Tracking nutzt Satelliten, die Mikrowellensignale verwenden. Diese Wellen liefern Informationen über die Position, die Geschwindigkeit oder die Richtung von Gegenständen auf der Erde – ein Grund dafür, warum GPS beispielsweise in Tunneln nicht funktioniert.

Was steckt hinter GPS-Ortung?

GPS-Ortung ist eine Methode, um den genauen Standort von etwas zu ermitteln und zu überwachen. Ein GPS-Tracker 2 enthält einen GPS-Empfänger, der Signale sammelt und die Koordinaten des zu ortenden Gegenstandes errechnet. Diese werden über eine Internetverbindung 4 über Mobilfunk, Wi-Fi oder Funkfrequenzen 3 übertragen. Ein Tracking System kann beispielsweise an einem Fahrzeug oder an Mobiltelefonen 1 angebracht werden, fest installiert oder tragbar sein.

GPS-Ortung ist eine Methode zur genauen Standortermittlung und zur Überwachung.

Der BikeTrax GPS-Tracker von PowUnity beispielsweise ermittelt den Echtzeit-Standort von E-Bikes und zeichnet gefahrene Routen auf. Mit seiner Hilfe und der PowUnity App kannst du verlorene oder gestohlene E-Bikes aufspüren.

Grafische Darstellung: So funktioniert GPS-Tracking

Von GPS-Satelliten und Navigationssystemen – die Geschichte des GPS-Tracking Systems

Die US-Luftwaffe entwickelte GPS zunächst mit dem Ziel, seine militärischen Operationen zu verbessern. Es ersetzte Funknavigationssysteme wie LORAN und DECCA .

Die US-Regierung ist Eigentümer und Betreiber des GPS-Netzwerks, das ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde.

Ihren Anfang nahm die Entwicklung von GPS im Jahr 1958, als sowjetische Experten den ersten Satelliten namens Sputnik ins All schickten. Wissenschaftler am MIT beobachteten, dass die Funkfrequenzen des Satelliten je nach Standort ihren Verlauf änderten. Dieser Doppler-Effekt, die sich ändernde Frequenzaussendung von Satelliten, brachte sie auf die Idee, dass die Position eines Satelliten entlang seiner Umlaufbahn um die Erde durch die Berechnung der Radiofrequenzvariationen eines Signals direkt vom Boden aus verfolgt oder nachvollzogen werden kann.

Grafik zeigt E-Bikes, die mit Satelliten kommunizieren und damit ihren GPS Standort definieren.

TRANSIT und ESTIMATION

Das erste Navigationssatellitensystem TRANSIT

Wissenschaftler der US-Marine entwickelten das erste Navigationssatellitensystem, genannt TRANSIT. Nun konnte die Marine ihre mit Atomraketen bestückten U-Boote lokalisieren. Die TRANSIT-Technologie nutzte fünf Konstellationssatelliten. Das System wurde 1960 erstmals erfolgreich in die Praxis umgesetzt.

Die ESTIMATION-Technologie

Fünf bis sechs Jahre nach der Implementierung von TRANSIT entwickelte die US-Marine mithilfe von MIT-Wissenschaftlern einen weiteren Satelliten, der ESTIMATION genannt wurde. Dieser Satellit bot die Möglichkeit, präzise Uhren im Weltraum zu platzieren. Bis heute stützt sich GPS auf die ESTIMATION-Technologie. In den frühen 1970er Jahren wurde Omega entwickelt, das weltweit erste bodengebundene Navigationssystem, das als erstes Funknavigationssystem implementiert und in Betrieb genommen wurde. Später lancierte Rockwell International den Block-I-GPS-Satelliten. Nachdem 1983 ein sowjetischer Abfangjäger ein Zivilflugzeug abgeschossen hatte, das in den gesperrten sowjetischen Luftraum geraten war. Danach kündigte der US-Präsident an, dass GPS-Ortungsgeräte von allen Menschen genutzt werden könnten, sobald sie zur Verfügung standen.

Grafische Zeitleiste zeigt wichtige Ereignisse der Geschichte des GPS Tracking sein 1950 bis 2000er Jahre

NAVSTAR und der erste GPS-Satellit

Schließlich begannen private Technologieunternehmen wie Aerospace, dem US-Militär bei der Entwicklung eines weiteren Satelliten auf der Umlaufbahn behilflich zu sein, der ständig Signale vom Boden empfängt und ununterbrochen sendet. Nach zehnjähriger Entwicklungszeit lancierte die US-Luftwaffe den ersten Satelliten des 24-Satelliten-Peilsystems NAVSTAR oder GPS, wie es heute bekannt ist.

Lange Zeit war das GPS-System nur mit beschränkter Genauigkeit für die zivile Nutzung freigegeben. Ein Störsignal setzte diese auf etwa 100 Meter herab. Erst im Jahr 2000 wurde die selektive GPS-Verfügbarkeit aufgehoben.

Im Laufe der Zeit wurde außerdem die Zahl der aktiven, oszillierenden Satelliten und des Reservebestandes stetig erhöht sowie die Genauigkeit des GPS verbessert. Wissenschaftler, private Unternehmen und das amerikanische Verteidigungsministerium entwickelten eine wachsende Zahl von GPS-basierten Anwendungen.

Wie funktioniert GPS?

GPS nutzt das mathematische Prinzip der Trilateration. Damit das GPS mathematische Berechnungen durchführen kann, muss es mindestens zwei Aspekte kennen:

  1. den aktuellen Standort der Person, des Objekts oder des Fahrzeugs, der von mindestens drei Satelliten angepeilt wird und

  2. den Abstand oder die aktuelle Spanne zwischen dem zu verfolgenden Objekt und dem Verfolgungspunkt.

Grafische Darstellung der GPS-Ortung mittels Satelliten und ihrer gemessenen Entfernung zueinander.

Um Informationen über den genauen Standort eines bewegten Objekts zu erhalten, reicht ein GPS-Satellit nicht aus. Es sind mindestens drei GPS-Satelliten erforderlich, in vielen Fällen sogar mindestens vier.

Üblicherweise zeichnen GPS-Empfänger die Position eines Objekts auf, während sich dieses von einem Punkt zum anderen bewegt.

Ein GPS-Tracker hat grundsätzlich zwei Funktionen:

  1. die Speicherung der aufgezeichneten Daten auf dem Gerät selbst (passive Ortung) und
  2. das regelmäßige Senden der aufgezeichneten Daten über ein am GPS-Gerät angebrachtes Modem an ein zentrales System (aktive Ortung).

Verschiedene Arten des Globalen Positionsbestimmungssystems

Passives Globales Positionsbestimmungssystem

Das passive Globale Positionsbestimmungssystem überwacht den Standort eines fahrenden Fahrzeugs auf der Grundlage bestimmter Fahrtereignisse. Passive GPS-Peilsender zeichnen zum Beispiel die Orte auf, die das Fahrzeug in den vorigen Stunden passiert hat. Die Informationen werden auf dem internen Speicher oder auf einer externen Vorrichtung wie einer Speicherkarte gespeichert und später zur Analyse auf einen Computer übertragen. Manchmal werden gespeicherte Daten automatisch über das Internet gesendet und an einem bestimmten Punkt heruntergeladen oder während der Fahrt abgefragt.

Grafischer Vergleich zwischen aktivem (Live-Tracking) und passivem GPS

Aktives Globales Positionsbestimmungssystem

Beim aktiven GPS (Live-Tracking) wird beispielsweise an einem Auto ein GPS-fähiger Peilsender installiert, um Tracking-Informationen zur Positionsbestimmung zu sammeln und über ein Satelliten- oder Mobilfunknetz zu übertragen.

 

Mit dem aktiven GPS können Objekte in Echtzeit getrackt werden.

Ist das zellulare Netzwerk nicht verfügbar, speichert der GPS-Sender die Daten und überträgt sie an den Server, sobald das zellulare Netzwerk wieder verfügbar ist. Echtzeit-Tracking-Anwendungen eignen sich hervorragend für den Diebstahlschutz. Mit ihrer Hilfe lässt sich zum Beispiel der genaue Standort gestohlener Fahrzeuge orten.

Mini GPS-Tracker

„Mini GPS-Tracker“ ist ein populärer Begriff für Tracker des aktiven Globalen Positionsbestimmungssystems. Mini GPS-Tracker werden häufig eingesetzt, wenn es um Sicherheitsanwendungen geht, beispielsweise bei der Überwachung von Personen, Kindern oder Haustieren oder wenn Fahrzeuge wie ein LKW, Auto oder Fahrrad vor Diebstahl geschützt werden sollen. Bei älteren Modellen wurden die Positionskoordinaten per SMS übermittelt. Moderne Geräte kommunizieren mit dem Nutzer über eine Smartphone App.

GPS-Tracker für Personen und Tiere

Ein Mini GPS-Tracker für Personen, Kinder oder Tiere sollte handlich, leicht und vor allem unauffällig sein, da er getragen werden muss. Geräte die am Halsband von (Haus-)Tieren befestigt werden, sollten außerdem wasserdicht sein, wenn die Haustiere viel Zeit im Freien verbringen. Tractive ist ein solcher GPS-Tracker für Hund und Katzen. Er ist wasserdicht und unauffällig. Zu seinen wichtigsten Funktionen zählt der „virtuelle Zaun“ (Geo-Fence): Der Besitzer bekommt eine Benachrichtigung, wenn das Haustier einen definierten Bereich verlässt (z. B. den Garten).

Fahrzeug-Tracker

Ein Mini GPS-Tracker ist auch eine ideale Anti-Diebstahl-Vorrichtung zur Verfolgung gestohlener Fahrzeuge. Mit einer SIM-Karte und leichtgewichtiger Elektronik ausgestattet, sollte er höchstens etwa sieben bis acht Zentimeter groß sein. So lässt er sich sogar in den Rückleuchten von Lkws anbringen. Wird ein Mini GPS-Tracker in Fahrzeuge integriert, nimmt die Wahrscheinlichkeit ab, dass der Peilsender entdeckt wird.

Aber es kommt nicht nur auf die Größe an. Eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale ist die Akkulaufzeit eines Trackers. Je kleiner das Gerät, desto kleiner die Batterie, desto kürzer die Akkulaufzeit. Wenn der GPS-Tracker nicht an eine Stromquelle angeschlossen ist, muss die Batterie nach wenigen Stunden oder Tagen wieder geladen werden. Anders verhält es sich bei Mini GPS-Trackern, die in einem Auto oder E-Bike integriert sind und direkt von dessen Batterie versorgt werden.

E-Bike Tracker am Beispiel von BikeTrax

Der PowUnity BikeTrax GPS-Tracker ermöglicht es dir, dein E-Bike in Echtzeit zu verfolgen und zu orten – von überall aus und zu jeder Zeit. Nach der Anmeldung in der App siehst du die Live-Position des E-Bikes auf einer Karte und jede gefahrene Route im Fahrtenbuch. Alle zehn Sekunden wird dein Standort an dein Mobiltelefon gesendet. Bei einer unbefugten Bewegung des E-Bikes sendet der Tracker eine Pushmitteilung und einen Bewegungsalarm an die App.

Der PowUnity BikeTrax GPS-Tracker wird fest im Motorraum von E-Bikes verbaut. Die Akkulaufzeit des BikeTrax beträgt im Standby-Betrieb etwa drei Wochen. Um einen ununterbrochenen Empfang zu gewährleisten, ist er außerdem mit einem Zusatz-Akku ausgestattet.

Grafische Vergleichsdarstellung von Mini GPS-Tracker und Bluetooth-Ortungschips

Der Begriff Mini GPS-Tracker wird gerne, wenngleich fälschlicherweise, für münzgroße „Allround Finder“, sog. Bluetooth-Ortungschips, verwendet. Die Bezeichnung der Technologie dahinter, Crowd GPS, ist irreführend, da diese Allround Finder nichts mit dem NAVSTAR GPS gemeinsam haben. Im Gegensatz zu einem echten Mini-Tracker sind sie weder mit einer SIM-Karte zur Datenübertragung an die Handy-App ausgestattet, noch ermitteln mindestens drei beziehungsweise mindestens vier Satelliten den Standort des Fahrzeugs.

Das Zusammenwirken von GPS-Trackern und Tracking Apps

Tracking-Apps stellen eine Verbindung zwischen einem GPS-Sender und einem Smartphone her. Der Tracker kommuniziert dabei nicht direkt mit dem Mobiltelefon des Besitzers, sondern sendet die Daten an einen zwischengeschalteten Server. Dieser leitet die Daten an die GPS-App auf dem Mobiltelefon weiter. Der an Fahrzeugen wie Autos oder E-Bikes angebrachte Empfänger hilft dem Besitzer des dazugehörigen Handys mit der Tracking-App, die genaue Position seines Fahrzeugs zu ermitteln oder dessen Route einzusehen, falls er in einen Unfall verwickelt oder das Fahrzeug gestohlen wird.

Der 2G Mobilfunkstandard ist derzeit am besten für die Fahrzeugverfolgung geeignet, da er Europaweit über eine große Netzabdeckung verfügt. 

Das GPS-Signal wird über Mobilfunkstandards verschiedener Generationen wie 2G, 3G, 4G (zweite, dritte und vierte Generation) etc. an das Smartphone übertragen. GPRS und LTE sind die Bezeichnungen für die Datenübertragung innerhalb dieser Generationen. GPRS ist die Datenübertragung innerhalb des 2G-Standards und LTE steht für die Datenübertragung innerhalb des 4G-Standards.

Grafische Vegleichs-Tabelle der Mobilfunkstandards wie 2G, 3G, 4G und Narrowband-IoT
*2G ist derzeit (Stand Dezember 2023) am besten für das Tracking von Fahrzeugen geeignet, da es im Gegensatz zu Narrowband-IoT eine größere Netzabdeckung hat.

Zusammenfassung

Beim GPS-Tracking werden Informationen über die genaue Position eines Fahrzeugs oder einer Person via Mobilfunk, Wi-Fi oder Funkfrequenzen übertragen. Die Ortung selbst funktioniert mit einem Funknavigationssystem, das derzeit von rund 24 Satelliten und deren Bodenstationen gestützt wird. GPS-Tracker sind in der Lage, frühere (passiv) und Echtzeit-Navigationsinformationen (aktiv) über eine Fahrt zu liefern. Ein Mini GPS-Tracker zählt zum aktiven Globales Positionsbestimmungssystem (Echtzeit-GPS-Tracking). Er eignet sich besonders gut für die Ortung von Personen oder Tieren sowie den Diebstahlschutz von Fahrzeugen wie LKWs, PKWs oder E-Bikes. Die Größe des GPS-Empfängers bestimmt seine Akku-Laufzeit.

Tracking Apps stellen eine Verbindung zwischen einem Tracking-Gerät und der SIM-Karte eines Mobiltelefons her. Im Falle von BikeTrax sendet der Tracker bei unerlaubter Bewegung des E-Bikes einen Bewegungsalarm an die PowUnity App. Der Standort des BikeTrax wird über den Mobilfunkstandard 2G an das Smartphone übertragen. Die 2G-Technologie ist derzeit das stabilste und umfassendste Netz und ist deshalb optimal, um E-Bikes vor Diebstahl zu schützen.

Mit GPS-Tracking-Apps sind wir in der Lage, den genauen Standort von Fahrzeugen, Geräten und Co. jederzeit per Smartphone abzufragen.

Ein zentraler Vorteil von GPS-Empfängern besteht darin, dass Vermögenswerte damit besser gesichert werden können. Außerdem sind sie wichtig für die Navigation. So können Unternehmen die GPS-Ortung nutzen, um ihre Prozesse zu optimieren. Allerdings sind GPS-Empfänger auf die Daten von mindestens drei Satelliten, meistens sogar vier Satelliten angewiesen ist. Ohne ausreichende Satellitensignale ist eine Echtzeit-Ortung nicht möglich.

FAQs zum GPS-Tracking

Wie funktioniert GPS?

GPS steht für Global Positioning System und stellt ein Funknavigationssystem mit derzeit 24 Satelliten dar. Bei einer GPS-Ortung spielen mindestens drei Satelliten, idealerweise mindestens vier zusammen. Ein GPS-Empfänger berechnet mit Hilfe von Radiowellen und einer Zeitmessung die Entfernung zu diesen Satelliten. Davon ausgehend ermittelt er die eigene Position. Diese Informationen werden zum Beispiel an ein Mobiltelefon übertragen. Navigationsgeräte nutzen GPS für die Positionsbestimmung.

Was ist der Unterschied zwischen einem GPS- und einem GNSS-Empfänger?

GNSS ist die Abkürzung von Global Navigation Satellite System und bezeichnet die Gesamtheit aller globalen Satellitenpositionierungssysteme. GPS ist ein Teil von GNSS. Ein anderer ist zum Beispiel das russische GLONASS-System.

Wofür eignen sich Mini-GPS-Tracker?

Mini-GPS-Tracker eignen sich hervorragend für den Diebstahlschutz. BikeTrax von PowUnity beispielsweise wird fest im Motor von E-Bikes integriert und über eine App mit deinem Smartphone verbunden. So dient dieses als GPS-Empfänger. Bei einem Diebstahlversuch alarmiert dich die App auf deinem Smartphone. Außerdem kannst du ein gestohlenes E-Bike in Echtzeit verfolgen und die Standortdaten an die Polizei weitergeben. Viele Beispiele, wie unsere Kunden mit Hilfe von BikeTrax gestohlene Bikes wiederbekamen, findest du in unserer Videosammlung mit Hits und Erfolgsstories.

Welche Voraussetzungen sind wichtig für erfolgreiches E-Bike Tracking mit einem GPS-Empfänger?

Wenn du dein E-Bike mit GPS orten und vor Diebstahl schützen willst, achte darauf, dass es sich um echtes GPS, nicht um Crowd-GPS handelt. Außerdem sollte das Gerät versteckt angebracht werden, eine Ortung in Echtzeit ermöglichen und mit einer nutzerfreundlichen App gekoppelt sein.

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