Galileo (Satellitennavigation)

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Galileo ist der Name des europäischen Satellitennavigationssytems, das Ende 2010 betriebsbereit sein soll. Es soll weltweit Daten zur genauen Positionsbestimmung liefern und ähnelt im Aufbau dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS und dem russischen GLONASS-System. Allerdings wurde Galileo für zivile Zwecke konzipiert und unterliegt nicht, wie NAVSTAR-GPS und GLONASS, einer nationalen militärischen Kontrolle.[1]

Galileo wird, entgegen früheren Planungen, zumindest zu dem dann modernisierten NAVSTAR-GPS-System (GPS III; ab 2010) kompatibel sein. Dies hat den Vorteil, dass durch die Kombination der GPS- und Galileo-Signale eine deutlich verbesserte Abdeckung, mit einer Verfügbarkeit von jederzeit bis zu 15 Satelliten, erreicht werden sollte. Allerdings gilt als sicher, dass heutige "normale" GPS-Empfänger, trotz dieser Kompatibilität, nicht für das zukünftige satelliten-gestützte Navigationssystem Galileo genutzt werden können.

Auch wird Galileo nicht, wie schon das NAVSTAR-GPS-System, völlig frei nutzbar sein. Bei NAVSTAR-GPS sind genaue Positionsdaten dem amerikanischen Militär vorbehalten, bei Galileo sollen dann gegen Bezahlung qualitativ unterschiedliche (Daten-)Dienste zur Positionsbestimmung bereitgestellt werden. Der Empfang des Offenen Dienstes, der dem Leistungsspektrum des jetzigen GPS ähnelt, wird dann allerdings auch kostenlos sein.


Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Grundlagen

Galileo basiert auf 30 Satelliten (27 plus drei Ersatz), die in einer Höhe von etwa 23.260 km die Erde umkreisen, und einem Netz von Bodenstationen, die die Satelliten kontrollieren. Taschenempfänger in der Größe eines Mobiltelefons können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von wenigen Metern bestimmen. Bei Verwendung von Zusatzinformationen und/oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern.

Der erste Testsatellit „GIOVE-A“ wurde am 28. Dezember 2005 um 6:19 Uhr MEZ vom Raumfahrtzentrum in Baikonur (Kasachstan) gestartet und hat um 13:51 Uhr in 23.222 km Höhe seinen planmäßigen Betrieb aufgenommen. Der Probebetrieb mit vier GIOVE-Satelliten ist für 2008 vorgesehen. Die Gesamtkosten für die Bereitstellung werden mit mindestens 3,6 Mrd. Euro veranschlagt. GIOVE steht für Galileo In-Orbit Validation Element, außerdem ist Giove die italienische Form des Namens Jupiter.

Das Projekt Gate ermöglicht den Test von Galileo-Empfängern. Es betreibt im Raum Berchtesgaden terrestrische Funkanlagen, die Signale aussenden, wie sie später von Galileo erwartet werden.

[Bearbeiten] Geschichte

Galileo ist das erste von der Europäischen Union (EU) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gemeinsam durchgeführte Projekt und Teil des TEN-Verkehrsprojektes. Die Finanzierung der Entwicklungsphase wird von beiden Organisationen zu gleichen Teilen übernommen. Am 27. Mai 2003 einigten sich die Mitgliedsstaaten der ESA nach langen Differenzen über die Finanzierung.

Folgende Staaten außerhalb der Europäischen Union beteiligen sich ebenfalls:


Folgende Staaten verhandeln über eine Teilnahme (nach Alphabet):

[Bearbeiten] Projektphasen und Kosten

[Bearbeiten] Planung (Erste und zweite Phase)

Die erste Projektphase zur Definition der Aufgaben finanziert die ESA mit ca. 100 Mio EUR. Die Planungs- und Definitionsphase schloss mit dem Start und der Inbetriebnahme zweier Testsatelliten und der zugehörigen Bodenstationen im Januar 2006 ab. Der Test der Sendefrequenzen musste vor dem 10. Juni 2006 erfolgen, weil sonst die Reservierung für die Galileo-Frequenzbänder bei der ITU verfallen wäre. Mit der Entwicklung, Start und Test von vier Galileo-Satelliten (In Orbit Validation IOV) endet die zweite Phase. Anfang 2003 vereinbarten die Raumfahrtagenturen Europas und Russlands, die GLONASS-Satelliten zum Test ausgewählter Teile des Galileo-Systems zu nutzen. Hierbei soll auch die Kompatibilität beider Systeme geprüft werden.

Technische Daten der Satelliten:

  • Testsatellit 1
Bezeichnung: Giove-A (ital. Jupiter, bzw. Galileo In-Orbit Validation Element), bisherige Bezeichnung: GSTB-v2 A (Galileo System Test Bed)
Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium-Atomuhren
Hersteller: Surrey Satellite Technology
Startmasse: 600 kg
Leistung: 700 W
Größe: 1,3 m × 1,8 m × 1,65 m
Gestartet: 28. Dezember 2005 6:19 Uhr MEZ
Träger: Sojus-FG/Fregat
  • Testsatellit 2
Bezeichnung: Giove-B, bisherige Bezeichnung GSTB-v2 B
Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium- und Wasserstoffmaser-Atomuhren
Hersteller: European Satellite Navigation Industries
Startmasse: 523 kg
Leistung: 943 W
Größe: 0,955 m × 0,955 m × 2,4 m
Starttermin: Ende 2007
Träger: Sojus-Fregat
  • Galileo-Satellit (zum Vergleich)
Hersteller: European Satellite Navigation Industries
Startmasse: 680 kg
Leistung: 1500 W (nach 12 Jahren)
Größe: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m
Starttermin: 2008
Träger: Ariane 5, Sojus-Fregat
Lebensdauer: über 12 Jahre
Spannweite
Solarpannels: 		14,8 m

Technische Daten der Test-Bodenstationen

Bezeichnung: GSTB-V1 Sensor Stations Network
Anzahl:

Die Kosten der zweiten Phase (Entwicklungsphase) von voraussichtlich 1,5 Mrd Euro tragen die Europäische Union und ESA gemeinsam.

Innerhalb der ESA übernehmen Deutschland, Italien, Frankreich und Großbritannien jeweils 17,5 Prozent. Spanien trägt zehn Prozent der Kosten. Belgien zahlt 26,5 Mio. Euro, der Rest wird unter den übrigen 15 ESA-Mitgliedsstaaten aufgeteilt. Die übrigen 750 Mio. Euro kommen aus dem Haushalt für transeuropäische Netze der Europäischen Union (TEN). An TEN ist Deutschland über seine EU-Beitragszahlungen mit zirka 25 Prozent beteiligt und ist damit der größte Geldgeber für das Projekt. Die Phase C/D umfasst den Betrieb von drei bis vier funktionstüchtigen Satelliten, dem Raumsegment, und der Boden-Betriebseinrichtungen, dem Bodensegment. Das Bodensegment besteht aus untereinander vernetzten Empfangs- und Sendestationen (siehe dritte Phase).

[Bearbeiten] Fertigstellung (Dritte Phase)

In der dritten Phase, der Errichtungsphase, wird das System fertig gestellt. Alle 30 Satelliten sind dann betriebsbereit und kommunizieren mit dem Bodensegment. Die Kosten werden auf mind. 2,5 Mrd. Euro veranschlagt, die der private Konzessionär (siehe unten) zu 70 Prozent, die öffentlichen Haushalte zu 30 Prozent übernehmen sollen (Public Private Partnership).

Das komplette Bodensegment umfasst:

  • zwei gleichberechtigte Kontrollzentren (GCC) in Oberpfaffenhofen (Deutschland) und eines in Fucino (Italien)
  • zwei Performance-Center, die die Signalqualität evaluieren. Voraussichtlich werden sie an den Standorten der GCC eingerichtet.
  • ein Kontrollzentrum in Spanien, das das Safety-of-Life-Signal kontrolliert und zusätzlich als Reserve-GCC dient.
  • fünf Satelliten-Kontrollstationen (TTC) für die Satellitenkommunikation mit 13-Meter-Antennen im S-Band (2-GHz).
  • 30 Signalkontroll-Empfangsstationen (GSS) zur Erfassung der Galileo-Signale im L-Band. Verrechnung der Daten alle zehn Minuten.
  • neun Up-link-Stationen (ULS) zur Aktualisierung der ausgestrahlten Galileo-Navigationssignale, Kommunikation mit 3-Meter-Antennen im C-Band (5-GHz). Ausstrahlung von Satellitenpositions- und Zeitkorrekturen alle 100 Minuten.

[Bearbeiten] Betrieb (Vierte Phase)

Die vierte Phase umfasst den Betrieb und die Wartung des Systems. Man rechnet mit Betriebskosten von ca. 220 Mio. Euro pro Jahr, die ab 2008 ebenfalls der Konzessionär über Public Private Partnership (PPP) aufbringen soll. Möglicherweise tritt die EU mit einer Mrd. Euro für die Jahre 2007–2013 (= 150 Mio. Euro/Jahr) in Vorleistung.

[Bearbeiten] Aufsichts-Organisationen und Betreiber

Am 25. Mai 2003 gründeten die EU und ESA das gemeinsame Unternehmen Galileo Joint Undertaking (GJU). Es koordiniert die Entwicklung des Galileo-Systems. Dazu gehören die ersten beiden Testsatelliten GSTB-V2 (Giove A und B), die Inbetriebnahme der ersten vier Satelliten der Konstellation in der IOV-Phase (In Orbit Validation) und die Integration von EGNOS in Galileo.

Das GJU sollte den Konzessionär für die Aufbau- und Betriebsphase von Galileo in einem offenen, mehrstufigen Ausschreibungsverfahren für die Dauer von 20 Jahren auswählen. Als Ergebnis des Ausschreibungsverfahrens liegt seit Oktober 2005 dem GJU das gemeinsame Angebot der beiden zunächst konkurrierenden Konsortien Eurely und iNavSat vor. Das Konzessionskonsortium vereinigt die Unternehmen (Stand 2006):

  1. AENA (öffentliche spanische Einrichtung, die u. a. für Flugsicherung und Flughafenmanagement zuständig ist)
  2. Alcatel
  3. EADS Space
  4. Finmeccanica
  5. Hispasat
  6. Inmarsat
  7. Thales
  8. Teleop
  9. sowie dutzende weiterer assoziierter Unternehmen.

Am 7. November 2006 erfolgte die Grundsteinlegung des Kontrollzentrums auf dem Forschungsgelände des DLR in Oberpfaffenhofen.

Zum Ende des Jahres 2006 wird GJU liquidiert. Die Behörde Galileo Supervisory Authority (GSA) der Europäischen Kommission übernimmt die Aufgaben des GJU. An ihr ist ESA unmittelbar nicht mehr beteiligt. Die GSA führt die Verhandlungen mit dem Kozessionär fort und wird den Betrieb von Galileo überwachen. Im Mai 2005 wurde der Portugiese Pedro Pedreira als Direktor berufen, weitere Entscheidungen über den Ausbau (Größe, Sitz) stehen aus. Vorläufig ist die GSA in Brüssel angesiedelt. Die Städte Prag, Ljubljana und Valletta aus den neuen Mitgliedsstaaten bewerben sich um ihren Sitz. Gemäß der Empfehlung der Europäischen Kommission sollten sie bei der Wahl bevorzugt werden. Weitere Bewerber sind: München (Oberpfaffenhofen), Brüssel, Straßburg, Barcelona, Cardiff, Noordwijk, Athen und Rom (Stand: 2007).

Der Sitz der Betreibergesellschaft (Galileo Operating Company) wurde nach langem Ringen auf Frankreich (Toulouse) und England (London) aufgeteilt. Das Zentrum in Toulouse ist für die Verwaltung und Geschäftsentwicklung zuständig, während in London die Betriebsverantwortung wahrgenommen wird. Während der Entwicklungsphase ist das Unternehmen European Satellite Navigation Industries Hauptauftragnehmer der ESA, die die System Anforderungen und Spezifikationen erstellt hat. Es baut unter anderem den Testsatelliten Giove-B.

[Bearbeiten] Satellitenbahn

30 Satelliten umkreisen die Erde auf drei Bahnebenen mit einer Inklination von 56° in einer Walker-Konstellation (27/3/1). Pro Bahnebene sind neun Satelliten vorgesehen, zusätzlich ein Reservesatellit. Sie haben einen Abstand von 40° mit einer Abweichung von maximal 2°, entsprechend 1000 km. Bei einer Höhe von 23.616 km benötigen die Satelliten zehn Tage, um nach 17 Umläufen den Ausgangspunkt wieder zu erreichen.

Galileo Orbits

[Bearbeiten] Prinzip der Positionsbestimmung über Satelliten

Siehe Global Navigation Satellite System

[Bearbeiten] Dienste

Folgende Dienste sind geplant:

Der Offene Dienst (Open Service, OS) steht in direkter Konkurrenz oder als Ergänzung zum GPS-System. Er soll ebenfalls frei und kostenlos empfangbar sein. Allerdings müssen Hersteller entsprechender Empfänger Lizenzgebühren entrichten. Der Offene Dienst ermöglicht die Ermittlung der eigenen Position auf wenige Meter genau. Zudem liefert er die Uhrzeit entsprechend einer Atomuhr (besser als 10-13). Auch kann dadurch die Geschwindigkeit, mit der sich der Empfänger (z. B. in einem Kfz) fortbewegt, errechnet werden.

Er soll zwei Sendefrequenzen zur Verfügung stellen. Damit wird es mit Zweifrequenzempfängern möglich sein, Ionosphärenstörungen korrigieren zu können und die Position auf ca. 4 Meter genau zu bestimmen. GPS benutzt aus dem gleichen Grund ebenfalls zwei Sendefrequenzen (1227,60 MHz und 1575,42 MHz). Die höhere Anzahl der Satelliten, 27 gegenüber 24 bei GPS, soll die Empfangsabdeckung in Städten von 50 Prozent auf 95 Prozent steigern. Durch die Kombination beider Satellitensysteme dürfte jedoch noch eine deutlich bessere Abdeckung von jederzeit bis zu 15 Satelliten erreicht werden können. Garantien für die ständige Verfügbarkeit dieses Dienstes wird es aber voraussichtlich nicht geben.

(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Kommerzielle Dienst (Commercial Service, CS) ist kostenpflichtig und soll verschlüsselt zusätzliche Sendefrequenzen und damit höhere Übertragungsraten von ca. 500 bit/s zur Verfügung stellen. So sind dann beispielsweise Korrekturdaten zur Steigerung der Positionsgenauigkeit um ein bis zwei Größenordnungen empfangbar. Er ist unter anderem auch für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt (z. B. Flugsicherung). Auch sind Garantien zur ständigen Verfügbarkeit dieses Dienstes geplant.

(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz, 1260–1300 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Sichere Dienst (Safety-of-Life, SoL) steht sicherheitskritischen Bereichen zur Verfügung, z. B. dem Luft- und dem Schienenverkehr. Er ist das Korrektiv zu den Risiken, die sich aus den kommerziellen Anwendungen (oben) ergeben können. Er bietet eine Warnung (wenige Sekunden) bevor das System, z. B. wegen ausgefallenen Satelliten oder bei Positionierungsfehlern nicht mehr genutzt werden sollte. Auch für diesen Dienst sind Garantien für die ständige Verfügbarkeit geplant.

(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Regulierte Dienst oder Staatliche Dienst (Public Regulated Service, PRS) steht ausschließlich hoheitlichen Diensten zur Verfügung, also Polizei, Küstenwache oder Geheimdienst. Als Dual-Use-System wird es auch für militärische Anwendungen zur Verfügung stehen. Das ebenfalls verschlüsselte Signal ist weitgehend gegen Störungen und Verfälschungen gesichert und soll eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bieten.

(Frequenzbänder: 1260–1300 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Such- und Rettungsdienst (Search And Rescue, SAR) arbeitet mit COSPAS-SARSAT und MEOSAR zusammen und erlaubt eine schnelle und weltweite Ortung von Notsendern von Schiffen oder Flugzeugen. Auch soll eine Rückantwort von der Rettungsstelle an den Notrufsender erstmalig möglich sein.

[Bearbeiten] Signal

Galileo nutzt gemeinsam mit GPS das Frequenzband L1 bei 1575,42 MHz und L5 bei 1176 MHz. Das Band L2 bei 1227,6 MHz steht GPS allein zur Verfügung, für Galileo ist es das Band E6 bei 1278,75 MHz. Das Spektrum zeigt das erste Testsignal von Giove-A, das eine Hochgewinn-Antenne im Januar 2006 empfangen hat.

Die Sendeleistung der Satelliten in 20.000 km Entfernung ist so gering, dass ein Navigationsempfänger, ausgestattet mit einer einfachen Stabantenne, fast nur Rauschen sieht. Er empfängt nicht nur das Signal eines Satelliten, sondern von mindestens vier, deren Signale dopplerverschoben sind. Hinzu kommen die Ausstrahlungen von GPS-Satelliten auf den gleichen Frequenzen.

Die Rückgewinnung der Navigationsdaten gelingt, da die Signale über einen großen Frequenzbereich gespreizt sind. Auf einer Frequenzbreite von 1 MHz, auf der sich rauschfrei 15 Mbps übertragen ließen und die Platz böte für mehr als 5 Radiostationen, sendet Galileo mit einer Bitrate von 50 bps, das sind 5-10 Buchstaben pro Sekunde.

Die Tabelle listet die Frequenzbänder, Frequenzen und Modulationsverfahren auf, die Galileo zur Verfügung stehen. Die beiden Peaks des L1-Signals sind im Spektrum beschriftet, genauso die Seitenmaxima der Frequenzen E1 und E2. Die blauen Pfeile markieren die Lage der GPS-Signale im L1-Band. Dank der unterschiedlichen Modulation (BOC, BPSK) ist das Übersprechen der Signale gering.


Galileo L1 1575,42 L1B, L1C BOC(1,1) +-1,023 1 OS, CS, SOL E1, E2 BOC(15,2.5) +-15,345 2,5 PRS L5 1191,795 E5a, E5b altBOC(15,10) +-15,345 10 OS, CS, SOL(E5b) E6 1278,75 E6b BPSK(5) 0 5 CS E6a BOC(10,5) 10,23 5 PRS   GPS zum Vergleich: L1 C/A BPSK(1) 1575,42 civil P(y) BPSK(10) military (encrypted) M-Code BOC(10,5) new military L2 C/A BPSK(1) new civil P(y) BPSK(10) military (encrypted) M-Code BOC(10,5) new military L5 new Civil BPSK(10) very new civil   (1) Mittenfrequenz des Frequenzbandes, Lage der Maxima bezogen auf Mittenfrequenz (in MHz).

[Bearbeiten] Kompatibilität mit GPS

Nach jahrelangen Verhandlungen unterzeichneten am 26. Juni 2004 während des USA-EU-Gipfels in Newmarket-on-Fergus (Irland) der (damalige) US-Außenminister Colin Powell und der amtierende Vorsitzende der EU-Außenminister Brian Cowen einen Vertrag über die Gleichberechtigung der Satellitennavigationssysteme GPS, GLONASS und Galileo. Darin wird vereinbart, dass Galileo zu GPS kompatibel sein wird. Durch die Kombinationsmöglichkeit beider Systeme werden somit nach Abschluss des Aufbaus von Galileo insgesamt etwa 60 Navigationssatelliten zur Verfügung stehen.

Voraussetzung für den Abschluss des Vertrages war, dass die EU auf das präzisere Datenübertragungssystem BOC 1.5 (Binary Offset Carrier) verzichtet und stattdessen auch für die zukünftigen GPS-Satelliten vorgesehene BOC 1.1 zu verwenden. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Störung des Galileo-Signals nicht gleichzeitig zu einer Störung des militärischen Signals von GPS führt, was andererseits dem US-Militär ermöglicht, das Galileo-Signal bei Bedarf zu stören, ohne das eigene GPS-Signal zu beeinträchtigen.

[Bearbeiten] Störsender

So genannte GPS-Jammer (Jammer = engl. für Störsender) werden, ähnlich wie beim GPS-System, wohl auch zum Stören der Galileo-Signale eingesetzt werden können. Diese überlagern im Grundprinzip einfach, auf gleicher Frequenz, die Signale der Satelliten.

Auch können Varianten davon falsche Positionsdaten zur Verfälschung des Satellitensignals aussenden. Galileo soll jedoch, zumindest in den kommerziellen Bereichen, eine Authentifizierung zur Erkennung gefälschter Positionsdaten anbieten.

[Bearbeiten] Galileo-Abkürzungen

Das „Projekt Galileo“ ist sehr groß und es sind dutzende verschiedener Institutionen daran beteiligt. Dementsprechend gibt es viele Bezeichnungen für all die Teilprojekte, Projektphasen, Geschäftsfelder und Infrastrukturen. Hier sollen deren wichtigsten Abkürzungen aufgelistet werden:

  • GCC (Galileo Control Center): Hauptkontrollzentren des Bodensegments
  • GCS (Ground Control Segment): Einheit der Bodenstation, die zuständig ist für den Betrieb der Satelliten
  • GJU (Galileo Joint Undertaking): ESA/EU Kontrollorgan zur Vorbereitung von Galileo
  • GMS (Ground Mission Segment): Einheit der Bodenstation, die zuständig ist für die Bereitstellung der Navigationssignale
  • GRR (Galileo Ground Reference Receiver): Bezugsgrößen für die empfangenen Navigationssignale, um daraus Korrektursignale abzuleiten.
  • GSS (Galileo Sensor station): Kontroll-Empfangsstationen für Navigationssignale, die untereinander in Kontakt stehen (über Kabel oder Satellit)
  • GSTB-v2 A + B (Galileo System Test Bed v2): Zwei Testsatelliten zur Vorbereitung der Galileo Frequenzbereiche
  • GSTB-V1 (Galileo System Test Bed v1): Test-Infrastruktur für das Galileo-System
  • GSA (Galileo Supervisory Authority): Galileo Kontrollbehörde
  • IPF (Integrity Processing Facility): Kontrolle der Galileo-Navigationsdatenintegrität
  • OD&TS (Orbit Determination and Time Synchronisation): Bahnbestimmung und Zeitsynchronisierung für die Konsistenz der ausgestrahlten Galileo-Satellitendaten übertragen.
  • TTC (telemetry, tracking, and command): Satellitenbahnverfolgung und Satellitensteuerung
  • ULS (Up-Link Stations): Bodenstationen, die die Galileo-Satelliten mit aktuellen Positionierungsdaten versorgen

Weitere Abkürzungen:

  • SCF: Satellite Control Facility
  • SPF: Service Products Facility
  • MUCF: Mission Control& Uplink Scheduling Facility
  • MSF: Mission Support Facility
  • MGF: Message Generation Facility
  • PTF: Precision Timing Facility
  • GACF: Ground Assets Control Facility
  • KMF: Key Management Facility
  • OSPF: Orbit and Synchronisation Processing Facility

[Bearbeiten] Siehe auch

[Bearbeiten] Quelle

  1. ↑ http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/06/1709&format=HTML&aged=0&language=DE&guiLanguage=en

[Bearbeiten] Weblinks

Von „http://lexikon.power-oldie.com/Galileo_%28Satellitennavigation%29“
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