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Galileo (Satellitennavigation)




Galileo ist ein europäisches globales Navigationssatelliten- und Zeitgebungssystem unter ziviler Kontrolle (europäisches GNSS).[1] Galileo liefert weltweit Daten zur genauen Positionsbestimmung und ähnelt dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS, dem russischen GLONASS-System und dem chinesischen Beidou-System. Die Systeme unterscheiden sich hauptsächlich durch die Frequenznutzungs-/Modulationskonzepte, die Art und Anzahl der angebotenen Dienste und die Art der Betreiberschaft: GLONASS, Beidou und GPS sind militärisch betrieben, wohingegen Galileo zivil ist und durch die Europäische Union finanziert wird. Der Sitz der Agentur für das Europäische GNSS (Galileo-Agentur, GSA) befindet sich seit 2014 in der tschechischen Hauptstadt Prag.[2]

Seit dem 25. Juli 2018 sind 26 Satelliten im Orbit.[3] Weitere 12 Satelliten sollen in den kommenden Jahren mit Ariane-6-Raketen gestartet werden.[4] Das Satellitennavigationssystem ist seit dem 15. Dezember 2016 für die Öffentlichkeit zugänglich und kann mittlerweile von allen modernen Chipsets (z. B. in Smartphones) empfangen werden.[5][6]

Der ursprünglich kostenpflichtige und verschlüsselte Dienst (Commercial Service – CS) soll zum öffentlichen High Accuracy Service (HAS – Hochgenauer Dienst) umgewidmet werden.[7][8] Damit sollen allen Nutzern zukünftig drei Frequenzbänder kostenlos und unverschlüsselt zur Verfügung stehen, womit eine weltweite Genauigkeit von 20 cm erreicht werden kann. Galileo würde damit allen Nutzern eine Genauigkeit ermöglichen, die GPS, GLONASS und Beidou um den Faktor 10 übertrifft.[9]

Inhaltsverzeichnis

Beteiligte Staaten


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 Entwicklung übernahmen beide Organisationen zu gleichen Teilen. Am 27. Mai 2003 einigten sich die Mitgliedsstaaten der ESA über die Finanzierung.

Folgende Staaten außerhalb der Europäischen Union beteiligten sich ebenfalls:

Folgende Staaten verhandeln oder verhandelten über eine Teilnahme und sind inzwischen möglicherweise an dem Projekt beteiligt:

Russland brachte zwischen dem 21. Oktober 2011 und dem 24. Juni 2016 in sieben Raketenstarts einer Sojus-2-1b Fregat-MT vom europäischen Weltraumzentrum in Französisch-Guayana die ersten 14 Galileo-Satelliten ins All.[20]

Großbritannien wurde nach dem EU-Austritt des Vereinigten Königreichs vom Galileo-Projekt ausgeschlossen, da die EU keine sensiblen Daten mit Staaten teile, die nicht der EU angehörten.[21] Dies umfasst insbesondere die Nutzung des nicht-öffentlichen Public Regulated Service (PRS) und die Beteiligung britischer Firmen bei Entwicklung und Integration der Satelliten. Stattdessen wurden die Aufträge an ESA ESTEC in den Niederlanden und OHB in Bremen neu vergeben.[22]

Die Vereinigten Staaten standen Galileo zunächst skeptisch gegenüber, vor allem im Hinblick auf die Gefahren einer unkontrollierten militärischen Nutzung. Nachdem Bedenken bezüglich einer technischen Beeinflussung des NAVSTAR-GPS-Systems ausgeräumt wurden, sind oder waren die USA bestrebt, Zugang zum militärischen Dienst von Galileo (PRS) zu erhalten.[23]

Grundlagen


Galileo basiert auf einer Grundkonstellation von 30 Satelliten (27 plus drei laufend betriebsbereite Zusatzsatelliten, zuzüglich des fortlaufenden Ersatzes von Satelliten), die die Erde in einer Höhe von etwa 23.260 km mit 3,6 km/s umkreisen, und einem Netz von Bodenstationen, die die Satelliten kontrollieren. Empfänger in der Größe mobiler Handgeräte wie Smartphones oder Navigationssysteme können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von ungefähr vier Metern bestimmen. Bei Verwendung von Zusatzinformationen oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern (DGPS).

Galileo wurde ursprünglich nur für zivile Zwecke konzipiert, wird aber, durch die vom Europäischen Parlament im Juli 2008 verabschiedete Entschließung zu den Themen Weltraum und Sicherheit, auch für Operationen im Rahmen der Europäischen Sicherheits- und Verteidigungspolitik (ESVP) „zur Verfügung stehen“.[24]

Satellitenkonstellation

Es sind 30 Satelliten geplant. Die aktuelle Konstellation ist in der Liste der Galileo-Satelliten zu ersehen. Die aktiven Satelliten sollen eine Walker-Konstellation (56°:24/3/1) bilden. Auf drei Bahnebenen mit einer Inklination von 56° sind jeweils acht Satelliten vorgesehen. Hinzu kommen Reservesatelliten. Der Abstand zwischen den Satelliten beträgt 45° mit einer Abweichung von maximal 2°. Bei einer Höhe von 23.222 km über der Erdoberfläche benötigen die Satelliten etwa 14 Stunden für einen Umlauf.[25][26]

Nach 17 Umläufen oder 10 Tagen wiederholt sich das Muster der Bodenspur.

Bodensegment

Im Vergleich zu anderen Satellitensystemen benötigt ein Satellitennavigationssystem eine große Anzahl von Infrastrukturelementen am Boden. Diese sind im Folgenden aufgezählt:

Die weltweit verteilten Elemente sind zum großen Teil auf europäischem Territorium installiert, es werden in großem Umfang die Französischen Überseegebiete genutzt, aber auch Stationen auf norwegischem Hoheitsgebiet (obwohl Norwegen kein EU-Mitglied ist). Stationen, die ursprünglich auf UK-Territorium aufgebaut wurden (Ascension, Falklands) wurden inzwischen im Zuge des Brexit entfernt.

Finanzierung und Kosten


Anfangs war geplant, das Projekt über eine öffentlich-private Partnerschaft (PPP) zu finanzieren. Im Jahr 2007 zerbrach die PPP.[27] Die Finanzierung von Galileo wurde am 24. November 2007 geklärt. Das Geld soll hauptsächlich aus den Einsparungen im EU-Agrarsektor kommen.[28]

Bis 2007 wurden 1,5 Mrd. Euro in die Entwicklung investiert. Für den Endausbau bis 2013 waren ursprünglich 3,4 Mrd. Euro aus dem EU-Haushalt geplant.[29]

Laut der Halbzeitüberprüfung der EU-Kommission im Januar 2011 werden die Kosten mit vermutlich 5,3 Milliarden Euro bis 2020 deutlich höher sein.[30]

Für den Zeitraum 2014–2020 hat die Europäische Union Mittel in Höhe von insgesamt 7071,73 Mio. EUR für die Programme Galileo und EGNOS bereitgestellt. Dieser Finanzrahmen deckt die Programmverwaltung, die Errichtung und den Betrieb von Galileo, den Betrieb von EGNOS und die mit diesen Tätigkeiten verbundenen Risiken ab. Bis Ende 2016 waren die Programme Galileo und EGNOS auf dem besten Weg, die durch die GNSS-Verordnung für den Zeitraum 2014–2020 gesteckten Budgetgrenzen einzuhalten.[31]

Mit dem Austritt des Landes aus der EU wird das Vereinigte Königreich auch die Rechte an der Nutzung des Galileo-Systems verlieren. Beim G20-Gipfel 2018 erklärte die Britische Regierung unter Theresa May, sie wolle ein eigenes Satellitennavigationssystem für rund 5 Milliarden Pfund aufbauen. Zu diesem Zeitpunkt hatte das Land bereits 1,2 Milliarden Pfund in das Gemeinschaftsprojekt investiert.[32]

Projektphasen


Erste und zweite Phase: Planung

Die erste Projektphase zur Definition der Aufgaben finanziert die ESA mit ca. 100 Mio. Euro. 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 Internationalen Fernmeldeunion (ITU) verfallen wäre. Mit der Entwicklung, Start und Test von vier Galileo-Satelliten (In Orbit Validation, IOV) endet die zweite Phase 2011. 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.

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 %. Spanien trägt 10 % 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 % 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.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Standort in Neustrelitz und seinen Einrichtungen des Fernerkundungsdatenzentrums sowie des Instituts für Kommunikation und Navigation war maßgeblich an der Entwicklung und dem Betrieb des Galileo-Vorläufersystems beteiligt.[33]

Der erste Testsatellit GIOVE-A1 (Galileo In-Orbit Validation Element) wurde am 28. Dezember 2005 um 05:19 UTC vom Raumfahrtzentrum in Baikonur (Kasachstan) gestartet und hat in 23.222 km Höhe seinen planmäßigen Betrieb aufgenommen. Das erste Navigationssignal übertrug GIOVE-A zu Testzwecken am 2. Mai 2007.[34]

GIOVE-B, der zweite Testsatellit, wurde am 26. April 2008 um 22:16 UTC ebenfalls vom Kosmodrom Baikonur gestartet. Als neue Nutzlast verfügt er über Laser-Retroreflektoren für die exakte Bahnvermessung und eine hochgenaue passive Wasserstoff-Maser-Atomuhr.[35] Anfängliche Probleme von GIOVE-B bei der Ausrichtung auf die Sonne wegen eines Softwareproblems konnten schnell behoben werden.[36] Am 7. Mai 2008 sendete er die ersten hochgenauen Navigationssignale.[37]

Am 4. Februar 2011 begann die erste große Testphase. Der deutsche Bundesverkehrsminister Peter Ramsauer (CSU) nahm in Berchtesgaden die erste europäische Testregion in Betrieb. 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. Entwickler führten ab da Praxistests unter realen Einsatz- und Umgebungsbedingungen durch.

Testsatelliten

GIOVE-A1 – erster Testsatellit

Bezeichnung: GIOVE-A (italienisch für Jupiter bzw. Galileo In-Orbit Validation Element); Bezeichnung vor dem Start: GSTB-v2 A (Galileo System Test Bed)
Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium-Atomuhr, Strahlungsmonitor, Navigationsempfänger
Hersteller: Surrey Satellite Technology
Startmasse: 600 kg
Leistung: 700 W
Größe: 1,3 m × 1,8 m × 1,65 m
Start: 28. Dezember 2005, 5:19 UTC
Außerbetriebnahme:  3. Juli 2012 (s. aber unten)
ID: COSPAR/WWAS Int Id: 2005-051A
ID: USStratCom Cat #: 28922
Träger: Sojus-FG/Fregat
Betriebsdauer: 87 Monate (geplant 27 Monate)

GIOVE-B – zweiter Testsatellit[38]

Bezeichnung: GIOVE-B; bisherige Bezeichnung: GSTB-v2 B
Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium-Atomuhr, Strahlungsmonitor, zwei passive Wasserstoff-Maser-Atomuhren, Laser-Retroreflektor
Hersteller: Galileo Industries Konsortium
Startmasse: 523 kg
Leistung: 943 W
Größe: 0,955 m × 0,955 m × 2,4 m
Start: 26. April 2008, 22:16 UTC
Außerbetriebnahme:  23. Juli 2012[39]
ID: COSPAR/WWAS Int Id: 2008-020A
ID: USStratCom Cat #: 32781
Träger: Sojus-Fregat
Lebensdauer: 5 Jahre

GIOVE-A2 – dritter Testsatellit[40]

Hersteller: Surrey Satellite Technology
Betriebsdauer:  27 Monate
Wert: 25–30 Mio. Euro
Konstruktionsgleich zu GIOVE-A1, erweiterter Signalgenerator. Da der Start von GIOVE-B erfolgreich war, ist GIOVE-A2 gestrichen worden.[41]

GIOVE-A1 diente nach seiner Außerbetriebnahme noch zur Demonstration der Navigation in hohen Umlaufbahnen. Dabei wurde der experimentelle GPS-Empfänger an Bord erstmals in Betrieb genommen und eine Positionsbestimmung in 23300 km Höhe vorgenommen.[42]

Test-Bodenstationen

Bezeichnung: GSTB-V1 – Sensor Stations Network
Anzahl: 30

Dritte Phase: Errichtung

In der dritten Phase, der Errichtungsphase, wird das System fertiggestellt.

Teilaufbau

In einem ersten Schritt, der In Orbit Validation (IOV) wurde ein erstes Teilsystem aus 4 Satelliten und den Bodensegmenten Ground Mission Segment (GMS) sowie Ground Control Segment (GCS) errichtet.

Die ersten beiden Satelliten wurden am 21. Oktober 2011 mit dem ersten Start einer Sojus-ST-Rakete vom europäischen Weltraumzentrum in Französisch-Guayana unter der COSPAR-Bezeichnung 2011-060A und B ins All gebracht.[43] Dies war gleichzeitig der erste Start einer russischen Trägerrakete von einem Weltraumbahnhof der ESA. Die anderen zwei IOV-Satelliten wurden am 12. Oktober 2012 – wiederum mit einer Sojus-Rakete – von Kourou aus gestartet.[44]

Im März 2013 meldete die ESA, dass mit diesen vier Satelliten erstmals eine Positionsbestimmung unabhängig und allein mit dem europäischen System festgestellt werden konnte.[45]

Die Herstellung der vollen Systemkonfiguration Full Operational Configuration (FOC) ist in 6 Arbeitspakete (Workpackage WP1-6) gegliedert. Verträge für WP1: System Support (Systemunterstützung), WP4: Satelliten (zunächst 18) und WP5: Satellitenstarts wurden im Januar 2010 unterschrieben, WP6: Betrieb, folgte am 25. Oktober 2010[46]. Auf der Pariser Luftfahrtschau 2011 wurden seitens der EU-Kommission die Verträge für WP2: Ground Mission Segment und WP3: Ground Control Segment abgeschlossen.[47]

Am 20. November 2013 genehmigte das Europäische Parlament die weitere Finanzierung von Galileo und EGNOS in Höhe von sieben Milliarden Euro für den Zeitraum 2014 bis 2020.[48]

Der erste Start zweier FOC Satelliten erfolgte am 22. August 2014. Die Abfolge der Starts ist aus der Liste der Galileo-Satelliten ersichtlich.

Pilotbetrieb

Die Dienste Offener Dienst, Öffentlich-staatlicher Dienst (PRS) und Such- und Rettungsdienst gingen am 15. Dezember 2016 mit einer Konstellation von 18 Satelliten in den Pilotbetrieb. In dieser Phase ist das System noch nicht für kritische Anwendungen vorgesehen.[5][49]

Im Juli 2019 kam es zu einem einwöchigen Totalausfall des Systems.[50][51][52][53] Auslöser war eine Fehlfunktion in der Precise Time Facility (PTF) im Kontrollzentrum Fucino, welche die Zeitinformation für die Galileo-Satelliten bereitstellt. Zwar ist eine redundante PTF im Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen vorhanden, jedoch war diese wegen einer laufenden Softwareaktualisierung nicht einsatzbereit. Nach Informationen des Satellitennavigations-Nachrichtendienstes Inside GNSS hatten die PTF bereits in früheren Jahren zwei Störungen verursacht.[54][55]

Fertigstellung

Die Komplettierung der FOC-Konstellation ist für das Jahr 2021 geplant.

Vierte Phase: Betrieb

Die vierte Phase umfasst den Betrieb und die Wartung des vollständigen Systems. Im Januar 2011 wurde für Galileo und EGNOS zusammen mit jährlichen Betriebskosten von 800 Mio. Euro gerechnet.[30]

Satelliten


Die EU-Kommission bestellte am 7. Januar 2010 beim deutschen Raumfahrtkonzern OHB Technology, Bremen, die nächsten 14 Satelliten für das Galileo-System für zusammen rund 566 Mio. Euro.[56]

Hersteller: EADS Astrium
Startmasse: 640 kg
Leistung: ca. 1,4 kW
Größe: 3,02 m × 1,58 m × 1,59 m
Starttermin: 21. Oktober 2011 (IOV 1,2), 12. Oktober 2012 (IOV 3,4)
Träger: Sojus-Fregat
Lebensdauer: mehr als 12 Jahre
Spannweite Solarpanels:  14,5 m
Hersteller: OHB System AG, Nutzlast: Surrey Satellite Technology[77]
Startmasse: 680 kg
Leistung: 1,5 kW (nach 12 Jahren)
Größe: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m
Starttermin: August 2014– Juli 2018
Träger: Sojus-Fregat, Ariane 5
Lebensdauer: mehr als 12 Jahre
Spannweite Solarpanels:  14,8 m

Jeder Satellit wird nach einem Kind benannt, das den Galileo Malwettbewerb der Europäischen Kommission gewann, wobei aus jedem Mitgliedsland ein Gewinner ermittelt wurde.[78]

Siehe auch: Liste der Galileo-Satelliten

Aufsichtsorganisationen und Betreiber


IOV-Phase

Am 25. Mai 2003 gründeten die EU und ESA das gemeinsame Unternehmen Galileo Joint Undertaking (GJU). Es koordinierte in der IOV Phase 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.

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 schlug es die Zusammenarbeit der konkurrierenden Konsortien Eurely und iNavSat vor. Das Konzessionskonsortium Anfang 2007 umfasste folgende Unternehmen:

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

Zum Ende des Jahres 2006 wurde die Liquidation der GJU eingeleitet. Ihr Ziel, einen Konzessionär für Galileo auszuwählen, hat sie nicht erreicht. Die Agentur für das Europäische GNSS (GSA) der Europäischen Kommission übernahm zum 1. Januar 2007 die Aufgaben des GJU. An ihr ist die ESA unmittelbar nicht mehr beteiligt.

FOC-Phase

Nach der Einigung im Rat für Wirtschaft und Finanzen der EU über die Finanzierung von Galileo in der FOC Phase bleibt die GSA im Auftrag der EU hauptverantwortlich für das Galileosystem. Sie beauftragt die Galileo Service Operating Company (GSOP) mit dem Betrieb des Systems. Die ESA wird hingegen für die Weiterentwicklung des Systems beauftragt. Diese Struktur soll auch über das Ende der FOC Phase hinaus beibehalten werden.

Verantwortlicher Betreiber Spaceopal

Hauptverantwortlich für den Galileo-Betrieb ist seit 2010 die Spaceopal GmbH in München. Es handelt sich um ein Gemeinschaftsunternehmen der DLR Gesellschaft für Raumfahrtanwendungen in München und dem italienischen Raumfahrtunternehmen Telespazio Spa mit Sitz in Rom, welches wiederum ein Joint Venture der italienischen Leonardo S.p.A. und der französischen Thales Group ist. Spaceopal hat Galileo-Kontrollzentren in Oberpfaffenhofen und im Raumfahrtzentrum Fucino bei Avezzano, Italien.[79][80][81]

Dienste


Galileo bietet die folgenden Dienste:

Name Abk. Deutsche Übersetzung Beschreibung Frequenzbereiche
Open Service OS Offener Dienst Steht in Konkurrenz oder als Ergänzung zu anderen Systemen wie GPS oder GLONASS. Er ist frei und kostenlos empfangbar. Lizenzgebühren für die Herstellung von Empfängern werden nicht erhoben[82]. 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 stellt zwei Sendefrequenzen zur Verfügung. Damit können Zweifrequenzempfänger die Abhängigkeit der Signallaufzeiten von Inhomogenitäten der Ionosphäre berücksichtigen und die Position auf ca. 4 Meter genau bestimmen. Auch GPS benutzt aus diesem Grund 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 % auf 95 % steigern. Eine Kombination mehrerer Satellitensysteme (GPS, GLONASS) erlaubt eine deutlich bessere Abdeckung von jederzeit 15 Satelliten. Die ständige Verfügbarkeit des Dienstes wird nicht garantiert.

1164–1214 MHz 1563–1591 MHz

High Accuracy Service

(ehem. Commercial Service CS)

HAS Hochgenauer Dienst Ergänzung zum offenen Dienst; unverschlüsselt und frei empfangbar, allerdings mit Option zur späteren eventuellen Verschlüsselung. Stellt zusätzliche Sendefrequenzen und damit höhere Übertragungsraten von 448 bit/s zur Verfügung. So sind beispielsweise Korrekturdaten zur Steigerung der Positionsgenauigkeit um ein bis zwei Größenordnungen empfangbar. Auch sind Garantien zur ständigen Verfügbarkeit dieses Dienstes geplant. Optimierung der Anwendung in Industrien wie dem Bergbau, im Vermessungswesen und in der Kartografie.

1164–1214 MHz 1260–1300 MHz 1563–1591 MHz

Public Regulated Service PRS Öffentlich regulierter Dienst oder Staatlicher Dienst Steht nur Nutzern zur Verfügung, die von einer speziellen Behörde dazu zugelassen sind, z. B. Streitkräfte, Polizei, Küstenwache oder Nachrichtendienste, aber auch Betreibern privater kritischer Infrastruktur (BOS und KRITIS). Als Dual-Use-Dienst steht er auch für militärische Anwendungen zur Verfügung bspw. zur Steuerung von Drohnen. Das sehr stark verschlüsselte Signal ist weitgehend gegen Störungen und Verfälschungen gesichert und zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus.

1260–1300 MHz 1563–1591 MHz

Search And Rescue SAR Such- und Rettungsdienst Ergänzt das COSPAS-SARSAT System um eine Komponente im Medium Earth Orbit (MEOSAR) und erlaubt eine deutliche Verbesserung der schnellen und weltweiten Ortung von Notsendern von Schiffen oder Flugzeugen. Seit Januar 2020 ist durch Galileo erstmals eine Rückantwort von der Rettungsstelle an den Notrufsender möglich.[83] MEOSAR-Uplink:
406,0–406,1 MHz

Signal


Galileo benutzt gemeinsam mit GPS das Frequenzband L1 bei 1575,42 MHz und L5 bei 1176,45 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.

Galileo-Satelliten senden mit 50 Watt. Die Sendeleistung ist so gering, dass ein Navigationsempfänger in 20.000 km Entfernung mit einer einfachen Stabantenne fast nur Rauschen von gleichzeitig mindestens vier Satelliten empfängt. Deren Signale sind dopplerverschoben. Außerdem empfängt er Signale von GPS-Satelliten auf den gleichen Frequenzen.

Die Rückgewinnung der Navigationsdaten gelingt, weil jeder Satellit z. B. auf der L1-Frequenz ein charakteristisches Pseudorauschsignal, den Spreizcode mit 1 MHz Bandbreite, sendet, das mit einer Bitrate von 50 bit/s moduliert ist. Durch Korrelation mit dem Pseudorauschsignal filtern Empfänger die Signale der einzelnen Satelliten wieder heraus.

Die Tabelle listet die Frequenzbänder, Frequenzen und Modulationsverfahren auf, die Galileo verwendet. Die beiden Spitzen 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.

Dienste und Frequenzen

Band Frequenzname Modulation Mittenfrequenz/Maxima (1) [MHz] Frequenzbreite Einsatz
L1 1575,42[84]
L1B, L1C BOC(1,1) ±1,023 1 OS, HAS
E1, E2 BOC(15,2.5) ±15,345 2,5 PRS
L5 1191,795
E5a, E5b altBOC(15,10) ±15,345 10 OS, HAS
E6 1278,75
E6b BPSK(5) 0 5 HAS
E6a BOC(10,5) 10,23 5 PRS

(1) Mittenfrequenz des Frequenzbandes, Lage der Maxima bezogen auf Mittenfrequenz (in MHz)

GPS zum Vergleich

Band Frequenzname Modulation Mittenfrequenz/Maxima (1) [MHz] Frequenzbreite Einsatz
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) 1227,60 new civil
P(y) BPSK(10) military (encrypted)
M-Code BOC(10,5) new military
L5 new Civil BPSK(10) 1176,45 very new civil

(1) Mittenfrequenz des Frequenzbandes, Lage der Maxima bezogen auf Mittenfrequenz (in MHz)

Empfänger


Ältere GNSS-Empfänger können nur GPS und GLONASS empfangen, da Galileo wegen seiner komplexeren Signalform zwar eine genauere Positionsbestimmung ermöglicht, dadurch aber nicht direkt kompatibel ist. Die meisten modernen Empfänger sind jedoch Galileo-fähig. Eine Liste von Geräten, Diensten und Anwendungen, die Galileo unterstützen, wird von der GSA geführt.[85]

Das Open Source-Projekt GNSS-SDR stellt eine Software zur Verfügung, mit der Galileo-Signale dekodiert werden können, die zuvor mit einem Software Defined Radio aufgezeichnet wurden. Im November 2013 konnte damit aus vier Satellitensignalen eine Position mit einem Streukreisradius von 1,9 Metern errechnet werden.[86]

Andere Navigationssysteme


Leistungsvergleich

Galileo konkurriert mit anderen Navigationssystemen. Das US-amerikanische GPS gilt dabei als Referenzsystem. Im Verhältnis zu GPS senden die Galileo-Satelliten ein wesentlich stärkeres Signal und das auf drei verschiedenen Frequenzbändern. Die Korrektursignale von EGNOS, einem Netz von Bodenstationen, ermöglichen eine Reihe von hochgenauen Anwendungen. Qualitätssprünge sind durch die Kombination der unterschiedlichen Informationsquellen verschiedener Systeme (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo etc.) möglich, im Consumer-Segment seit dem Erscheinen des ersten Galileo/Beidou-tauglichen Smartphones BQ Aquaris X5+.[87][88]

GPS (USA)

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 damalige Vorsitzende der EU-Außenminister Brian Cowen einen Vertrag über die Gleichberechtigung der Satellitennavigationssysteme GPS, GLONASS und Galileo. Darin wird vereinbart, dass Galileo zu GPS III kompatibel sein wird.[89] Dies hat den Vorteil, dass durch die Kombination der GPS- und Galileo-Signale eine deutlich verbesserte Abdeckung, mit einer Verfügbarkeit von jederzeit 15 Satelliten, erreicht werden sollte. Nach Abschluss des Aufbaus von Galileo werden durch die Kombinationsmöglichkeit beider Systeme insgesamt etwa 60 Navigationssatelliten zur Verfügung stehen. Bereits heute gibt es GPS-Empfänger (mit U-blox5- oder AsteRx-Chipsatz), die nach einer Aktualisierung der Firmware auch für Galileo genutzt werden können.

Voraussetzung für den Abschluss des Vertrages war, dass die EU auf die mit einer stärkeren Bandspreizung ausgestattete Kanalkodierung BOC (1, 5) (Binary Offset Carrier) verzichtet und stattdessen auch die für die zukünftigen GPS-Satelliten vorgesehene BOC(1, 1) verwendet. Durch BOC(1, 1) und die deutlich geringere Frequenzspreizung im Gegensatz zu BOC(1, 5) wird sichergestellt, dass es bei einer breitbandigen Störung des Galileo-Signals im Ausmaß der zivilen Bandbreite nicht gleichzeitig zu einer Störung des um rund Faktor 10 stärker bandgespreizten militärischen Signals von GPS kommt. Denn es werden für die zivile als auch militärische Nutzung vorgesehenen Codefolgen (Unterscheidung mittels Codemultiplex) die gleichen HF-Mittenträgerfrequenzen verwendet – die Unterscheidung erfolgt nur durch unterschiedliche Codierungsverfahren. Die dadurch bedingte spektrale Überdeckung zwischen BOC(1, 1) und dem militärischen GPS P/Y-Code bzw. M-Code beträgt nur rund 8 %, während BOC(1, 5) zu einer über 50 % spektralen Überdeckung geführt hätte. Rund 50 % Decoderverlust sind allerdings für den sicheren Empfang des militärisch genutzten breitbandigen GPS-Codes mit zu vielen Empfangsfehlern verbunden, während bei Störungen des schmalbandigen zivilen Navigationssignals ein Ausfall von nur rund 10 % im militärischen Code unter anderem durch Fehlerkorrekturverfahren kompensiert werden kann.

Diese Anpassung in der Kanalcodierung von Galileo ermöglicht es, neben dem C/A-Code des GPS auch das zivile Galileo-Navigationssignal bei Bedarf in lokal begrenzten Gebieten durch spezielle GPS-Jammer zu stören, ohne dass dabei gleichzeitig das militärisch genutzte breitbandige GPS-Signal wesentlich beeinträchtigt wird. Allerdings widerspricht das der ursprünglichen Idee von Galileo, anders als das GPS für sicherheitskritische Anwendungen ein jam-sicheres Signal zur Verfügung zu stellen. Kritiker monieren, die USA hätten aus militärischen, aber auch wirtschaftlichen Gründen Druck ausgeübt, um das Galileosignal störbar zu machen.

Auf die erzielbare Positionsgenauigkeit hat die Verwendung von BOC(1, 1) bei Galileo keinen Einfluss.

Analog zum NAVSTAR-GPS-System bietet Galileo einen völlig frei nutzbaren Dienst an. Bei NAVSTAR-GPS wurde das frei empfangbare Signal bis zum 2. Mai 2000 allerdings absichtlich verschlechtert (Selective Availability). Zusätzlich zum frei verfügbaren Dienst ist für Galileo ein kommerzieller Dienst geplant, der sich zur Zeit in der Definition befindet. Dieser Dienst, der zusätzliche Genauigkeit und Sicherheit ermöglicht, kann auf lizenzierte Benutzer beschränkt werden, die auch ein Bezahlmodell ermöglichen. Darüber ist jedoch noch keine endgültige Entscheidung gefällt.

Der militärische GPS-Dienst ist ebenso wie der behördliche Dienst von Galileo auf ausgewählte Benutzer beschränkt.

GLONASS (Russland)

Russland startete die kommerzielle Nutzung des GLONASS-Satellitensystems im Jahr 2010. Volle globale Abdeckung erlangte das System im Oktober 2011.[90][91][92]

Beidou/Compass (China)

Seit 2007 bringt China Satelliten für das Navigationssystem Beidou ins All. Beidou steht wegen der Nutzung der gleichen Frequenzen in direkter Konkurrenz zu Galileo.[93] Strittig sind die Frequenzen, die ausschließlich staatlichen Sicherheits- und Rettungsdiensten zur Verfügung stehen. Zwar wurde in einem Test gezeigt, dass diese sich nicht stören, aber es besteht die Möglichkeit, das andere System absichtlich zu stören.[94]

Störsender


GPS-Jammer (engl. jammer: Störsender) werden, ähnlich wie beim GPS, wohl auch zum Stören der Galileo-Signale eingesetzt werden können. Diese überlagern auf gleicher Frequenz die Signale der Satelliten. Idealerweise werden dabei die gleichen Codefolgen, die für das Codemultiplexverfahren verwendet werden, mit einem ungültigen Nutzdatenstrom übermittelt. Damit kann der Empfänger die eigentlichen Navigationsdaten vom Satelliten nicht mehr empfangen. Durch die Störung des Codemultiplexverfahrens durch nachgebildete Codefolgen kann mit wesentlich geringerer Sendeleistung seitens des Störsenders in den betreffenden Frequenzbereichen ein Ausfall der Übertragung erreicht werden als mit zu der Codefolge unkorreliertem Rauschen oder anderen unkorrelierten Störsignalen.

Auch können Varianten von Störsendern falsche Satellitenpositiondaten zur Verfälschung des empfangenen Satellitensignals aussenden. Diese werden in Anlehnung an GPS auch als GPS-Spoofer bezeichnet. Gültige und plausible, aber falsche Satellitenpositiondaten zu erzeugen ist allerdings wesentlich aufwendiger als das einfache Stören mittels GPS-Jammer, denn dies erfordert unter anderem eine genaue Zeitbasis am Störsender.

Galileo wird, zumindest in den kommerziellen Bereichen und im PRS, eine Authentifizierung zur Erkennung gefälschter Satellitenpositiondaten anbieten.

Abkürzungen


Am Projekt Galileo sind Dutzende verschiedene Institutionen beteiligt. Dementsprechend gibt es viele Bezeichnungen für die Teilprojekte, Projektphasen, Geschäftsfelder und Infrastrukturen. Die wichtigsten Abkürzungen sind:

Weitere Abkürzungen für Elemente des Bodensegments:

Siehe auch


Literatur


Weblinks


Commons: Galileo (Satellitennavigation)  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise


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Stand der Informationen: 22.11.2020 12:08:22 CET

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