Galileo (Satellitennavigation)

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Galileo ist ein unabhängiges ziviles europäisches globales Satellitennavigations- und Zeitgebungssystem unter ziviler Kontrolle (Europäisches GNSS).[1] Es soll weltweit Daten zur genauen Positionsbestimmung liefern und ähnelt im Aufbau dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS und dem russischen GLONASS-System.

Als Sitz der Europäischen GNSS-Aufsichtsbehörde (Galileo-Agentur, GSA) wurde die tschechische Hauptstadt Prag gewählt.[2] Bis 2014 findet der Umzug von Bediensteten und Ausstattung für die Agentur aus Brüssel nach Prag statt.

Geschichte[Bearbeiten]

Brief von Paul Wolfowitz an die Verteidigungsminister der EU-Mitgliedsstaaten vom Dezember 2001, Teil der US-Lobbyingkampagne gegen ein Galileo, das nicht ohne Einfluss auf das militärische GPS-Signal hätte gestört werden können

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. Im Mai 2007 wurde bekannt, dass die EU-Kommission den privaten Betreibergesellschaften den Auftrag entziehen und das Projekt neu ausschreiben will.[3]

Folgende Staaten außerhalb der Europäischen Union beteiligen sich ebenfalls:

  • China ist mit 280 Mio. Euro am Projekt beteiligt; ein gemeinsames Trainingszentrum für Satellitennavigation wurde an der Pekinger Universität eröffnet.[4]
  • Indien konnte im Januar 2004 Verhandlungen aufnehmen, und im September 2005 wurde eine Übereinkunft über Zusammenarbeit unterzeichnet.[5] Im Oktober 2006 hatte Indien allerdings die Zusammenarbeit und die angebotene Mitfinanzierung von 300 Mio. Euro[6] aufgrund sicherheitsrelevanter Aspekte wieder in Frage gestellt.[7] (Siehe auch IRNSS)
  • Israel[8]
  • Marokko[9]
  • Saudi-Arabien[10]
  • Schweiz (Mitglied der ESA) mit 30 Mio. Euro und liefert die extrem genauen Rubidium- (Abweichung von einer Sekunde in 760.000 Jahren) und Wasserstoff-Maser-Atomuhren (Abweichung von einer Sekunde in drei Millionen Jahren)[11]
  • Norwegen (Mitglied der ESA)
  • Südkorea[12]
  • Ukraine[13]

Folgende Staaten verhandeln über eine Teilnahme:

Die Vereinigten Staaten standen und stehen Galileo skeptisch gegenüber, vor allem im Hinblick auf die Gefahren einer unkontrollierten militärischen Nutzung. Bedenken bezüglich einer technischen Beeinflussung des NAVSTAR-GPS-Systems konnten inzwischen ausgeräumt werden.

Grundlagen[Bearbeiten]

Galileo basiert auf einer Grundkonstellation von 30 Satelliten (27 plus drei laufend betriebsbereite Zusatzsatelliten, zuzüglich des fortlaufenden Ersatzes von Satelliten), welche 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 und/oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern.

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“.[15] Da auf eine störresistente Bandbreitenspreizung verzichtet wurde, kann das Signal im Konfliktfall jedoch gestört werden.

Satellitenbahn[Bearbeiten]

Konstellation der Galileo-Satelliten ohne Reserve-Satelliten

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 plus zusätzlich ein Reservesatellit. Sie haben einen Abstand von 40° mit einer Abweichung von maximal 2°, entsprechend 1000 km. Bei einer Höhe von 23.222 km über der Erdoberfläche benötigen die Satelliten etwa 14 Stunden für einen Umlauf.[16] Nach 17 Umläufen oder 10 Tagen wiederholt sich das Muster der Bodenspur.

Finanzierung und Kosten[Bearbeiten]

Die Finanzierung von Galileo wurde am 24. November 2007 geklärt. Das Geld soll hauptsächlich aus den Einsparungen im EU-Agrarsektor kommen.[17]

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.[18] Laut der Halbzeitüberprüfung der EU-Kommission im Januar 2011 werden die Kosten mit vermutlich 5,3 Milliarden Euro bis 2020 deutlich höher sein.[19]

Projektphasen[Bearbeiten]

Erste und zweite Phase: Planung[Bearbeiten]

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 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).

Der erste Testsatellit GIOVE-A1 (Galileo In-Orbit Validation Element) wurde am 28. Dezember 2005 um 5:19 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.[20]

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.[21] Anfängliche Probleme von GIOVE-B bei der Ausrichtung auf die Sonne wegen eines Softwareproblems konnten schnell behoben werden.[22] Am 7. Mai 2008 sendete er die ersten hochgenauen Navigationssignale.[23]

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[Bearbeiten]

GIOVE-A1 – erster Testsatellit

Bezeichnung: GIOVE-A (ital. 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[24]

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[25]
ID: COSPAR/WWAS Int Id: 2008-020A
ID: USStratCom Cat #: 32781
Träger: Sojus-Fregat
Lebensdauer: 5 Jahre

GIOVE-A2 – dritter Testsatellit[26]

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.[27]

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.[28]

Test-Bodenstationen[Bearbeiten]

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

Dritte Phase: Fertigstellung[Bearbeiten]

Start der Sojus-Rakete mit den ersten zwei Satelliten am 21. Oktober 2011

In der dritten Phase, der Errichtungsphase, wird das System fertiggestellt. Die ersten zwei Satelliten (In Orbit Validation IOV) 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.[29] Dies war gleichzeitig der erste Start einer russischen Trägerrakete von einem Weltraumbahnhof der ESA. Zwei weitere Satelliten sind am 12. Oktober 2012 – wiederum mit einer Sojus-Rakete – von Kourou aus gestartet.[30] Im Dezember 2013 meldete die ESA, dass mit diesen vier Satelliten erstmals die Position eines Flugzeugs unabhängig und allein mit dem europäischen System festgestellt werden konnte.[31] Am 3. Juli 2014 wurde bekannt, dass bei IOV FM4 die Navigationssignale am 27. Mai 2014 ausgefallen sind.[32] Stand Mai 2012 hat Arianespace Aufträge mit sechs Sojus-Raketen und drei Ariane 5 ES Galileo bis 2015 24 weitere Satelliten für das Galileo-System zu starten.[33]

Auf der Pariser Air Show 2011 wurden seitens der EU-Kommission die Verträge für die Fertigstellung der Arbeitspakete 2 (Ground Mission Segment) und 3 (Ground Control Segment) abgeschlossen.[34]

Erste Dienste basieren auf einer Konstellation von 18 Satelliten. Diese sollten ab 2014 angeboten werden. Mit der vollständigen Konstellation mit 30 Satelliten mit allen Diensten wurde nicht vor 2020 gerechnet. Nach Problemen bei Tests zur Temperatur- und Vakuumverträglichkeit kam es jedoch erneut zu Verzögerungen.[35] Derzeit sind folgende Starts der nächsten vier Satelliten mit einer Sojus-Rakete in Französisch-Guayana geplant: Ende August und November 2014. Damit soll das System Ende 2014/ Anfang 2015 in Betrieb gehen.[36]

Bodensegment[Bearbeiten]

  • Zwei gleichberechtigte Kontrollzentren (GCC) in Oberpfaffenhofen (Deutschland) und Fucino (Italien)
  • Zwei Performance-Center, die die Signalqualität evaluieren, voraussichtlich werden sie an den Standorten der GCC eingerichtet.
  • Vier 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.

Galileo-Satelliten[Bearbeiten]

Die EU-Kommission hat am 7. Januar 2010 beim deutschen Raumfahrtkonzern OHB Technology, Bremen, die nächsten 14 Satelliten für das Galileo-System für zusammen rund 566 Mio. Euro bestellt.[37] Am 21. Oktober 2011 wurden die ersten beiden von EADS-Astrium in Ottobrunn gebauten Satelliten, IOV-1 und -2, erfolgreich in ihrer Umlaufbahn in 23.222 km Höhe ausgesetzt. Es war der erste Start einer russischen Sojus-Rakete von der ELS-Startrampe bei Kourou.[38] Am 2. Februar 2012 gab die EU-Kommission durch die ESA acht weitere Satelliten bei OHB in Auftrag. Außerdem wurde Astrium beauftragt, die Ariane 5 für den Start von jeweils vier Galileo-Satelliten vorzubereiten.[39]

Hersteller: EADS Astrium
Startmasse: 640 kg
Leistung: ca. 1,4 kW
Größe: 3,02 m x 1,58 m x 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
  • Galileo 1–22 Satelliten
Hersteller: OHB System AG, Nutzlast: Surrey Satellite Technology[42]
Startmasse: 680 kg
Leistung: 1,5 kW (nach 12 Jahren)
Größe: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m
Starttermin: 2014–?
Träger: Sojus-Fregat, Ariane 5
Lebensdauer: mehr als 12 Jahre
Spannweite
Solarpanels:
14,8 m
Aktuelle Konstellation[Bearbeiten]
Galileo-Konstellation (Stand 26. Juni 2014)[43]
Satellit Orbit/Slot Start SVN PRN Katalog-Nr.
(AFSC)
Internat. Bezeichnung
(COSPAR)
Typ Status
Giove-A (GSTB-v2 A) - 28. Dez. 2005 - - 28922 2005-051A GSTB Juli 2012 außer Betrieb
Giove-B (GSTB-v2 B) - 26. Apr. 2008 - - 32781 2008-020A GSTB Juli 2012 außer Betrieb
PFM (GSAT0101) B05 21. Okt. 2011 11 E11 37846 2011-060A IOV in Betrieb
FM2 (GSAT0102) B06 21. Okt. 2011 12 E12 37847 2011-060B IOV in Betrieb
FM3 (GSAT0103) C04 12. Okt. 2012 19 E19 38857 2012-055A IOV in Betrieb
FM4 (GSAT0104) C05 12. Okt. 2012 20 E20 38858 2012-055B IOV nicht verfügbar seit 27. Mai 2014

Vierte Phase: Betrieb[Bearbeiten]

Die vierte Phase umfasst den Betrieb und die Wartung des Systems. Die Dienste Offener Dienst, Öffentlich-staatlicher Dienst (PRS) und Such- und Rettungsdienst werden mit einer Konstellation von 18 Satelliten in Betrieb gehen.[veraltet] Im Januar 2011 wurde für Galileo und EGNOS zusammen mit jährlichen Betriebskosten von 800 Mio. Euro gerechnet.[19]

Am 20. November 2013 hat das Europäische Parlament die weitere Finanzierung von Galileo und EGNOS in Höhe von 7 Milliarden Euro für den Zeitraum 2014—2020 genehmigt.[44]

Aufsichtsorganisationen und Betreiber[Bearbeiten]

Am 25. Mai 2003 gründeten die EU und ESA das gemeinsame Unternehmen Galileo Joint Undertaking (GJU). Es koordinierte 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 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. Finmeccanica
  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 Europäische GNSS-Aufsichtsbehörde (GSA) der Europäischen Kommission übernahm zum 1. Januar 2007 die Aufgaben des GJU. An ihr ist die ESA unmittelbar nicht mehr beteiligt. Nach der Einigung im Rat für Wirtschaft und Finanzen der EU über die Finanzierung von Galileo ist die Rolle der GSA ungewiss.

Der Sitz der am 26. März 2007 gegründete Betreibergesellschaft GOC (Galileo Operating Company) wurde nach langem Ringen auf Frankreich (Toulouse) und Großbritannien (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.

Dienste[Bearbeiten]

Folgende Dienste sind geplant:

Name Beschreibung 1164–1214 MHz 1260–1300 MHz 1563–1591 MHz
Offener Dienst
Open Service, OS
steht in direkter Konkurrenz oder als Ergänzung zu anderen Systemen wie GPS oder GLONASS. 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 % auf 95 % steigern. Durch die Kombination mehrerer Satellitensysteme (GPS, GLONASS) dürfte jedoch noch eine deutlich bessere Abdeckung von jederzeit 15 Satelliten erreicht werden können. Es soll keine Garantien für die ständige Verfügbarkeit dieses Dienstes geben.

Kommerzieller Dienst
Commercial Service, CS
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. Optimierung der Anwendung in Industrien wie dem Bergbau, dem Vermessungswesen und der Kartografie.
Sicherheitskritischer Dienst
Safety-of-Life, SoL
steht sicherheitskritischen Bereichen zur Verfügung, z. B. der Luft- und Seeschifffahrt 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 im Voraus), bevor das System, z. B. wegen ausgefallener Satelliten oder bei Positionierungsfehlern nicht mehr genutzt werden sollte. Auch für diesen Dienst sind Garantien für die ständige Verfügbarkeit geplant.
Öffentlich regulierter Dienst oder Staatlicher Dienst
Public Regulated Service, PRS
steht ausschließlich hoheitlichen Diensten zur Verfügung, also Polizei, Küstenwache, Friedenstruppen 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.
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. Erstmals soll eine Rückantwort von der Rettungsstelle an den Notrufsender möglich sein. MEOSAR-Uplink:
406,0–406,1 MHz

Signal[Bearbeiten]

GIOVE-A, L1-Signal, gesendet im Januar 2006

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 werden mit 50 Watt senden. Die Sendeleistung der Satelliten ist so gering, dass ein Navigationsempfänger in 20.000 km Entfernung, 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 dadurch, dass jeder Satellit z.B. auf der L1-Frequenz ein charakteristisches Pseudorauschsignal, den sogenannten Spreizcode, mit einer Bandbreite von 1 MHz sendet, das mit einer Bitrate von 50 bit/s moduliert ist. Durch Korrelation mit dem charakteristischen Pseudorauschsignal werden im Empfänger die Signale der einzelnen Satelliten wieder herausgefiltert.

Die Tabelle listet die Frequenzbänder, Frequenzen und Modulationsverfahren auf, die Galileo zur Verfügung stehen. 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[Bearbeiten]

Galileo[Bearbeiten]

Band Frequenzname Modulation Mittenfrequenz/Maxima(1) Frequenzbreite Einsatz
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[Bearbeiten]

Band Frequenzname Modulation Mittenfrequenz/Maxima(1) 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)

Galileo und andere Navigationssysteme[Bearbeiten]

GPS (USA)[Bearbeiten]

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.[45] 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 für 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.

Wie schon das NAVSTAR-GPS-System wird auch Galileo nicht völlig frei nutzbar sein. Bei NAVSTAR-GPS wurde das frei empfangbare Signal bis zum 2. Mai 2000 absichtlich verschlechtert (Selective Availability), während zeitgenaue Signale dem amerikanischen Militär vorbehalten waren, bei Galileo soll gegen Bezahlung ein qualitativ besserer Dienst zur Positionsbestimmung bereitgestellt werden, der eine Genauigkeit von unterhalb einem Meter bieten soll. Der Empfang des Offenen Dienstes, der eine Ungenauigkeit von weniger als vier Metern horizontal und weniger als acht Metern vertikal bieten soll, wird kostenfrei möglich sein. Das bestehende GPS bietet eine Genauigkeit von zehn Metern horizontal und 35 Metern vertikal.

GLONASS (Russland)[Bearbeiten]

Russland startete die kommerzielle Nutzung des GLONASS-Satellitensystems im Jahr 2010. Volle globale Abdeckung erlangte das System im Oktober 2011.[46][47][48] Entsprechend konstruierte Empfangsgeräte können Daten sowohl von den GPS- und GLONASS-Satelliten als auch künftig von den Galileo-Satelliten empfangen und durch Kombination aller drei Signale eine sehr hohe Genauigkeit erzielen.

Compass (China)[Bearbeiten]

Seit 2007 bringt China Satelliten für das Navigationssystem Beidou ins All. Beidou steht wegen der Nutzung der gleichen Frequenzen in direkter Konkurrenz zu Galileo.[49] Strittig sind die Frequenzen, die ausschließlich staatlichen Sicherheits- und Rettungsdiensten zur Verfügung stehen. Zwar wurde in einem Test gezeigt, dass diese sich eigentlich nicht stören, aber es besteht die Möglichkeit, das andere System absichtlich zu stören.[50]

Störsender[Bearbeiten]

Sogenannte GPS-Jammer (engl. jammer: Störsender) werden, ähnlich wie beim GPS-System, 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, welche 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 Positionsdaten zur Verfälschung des Satellitensignals aussenden. Diese werden in Anlehnung an GPS auch als GPS-Spoofer bezeichnet. Gültige und plausible, aber falsche Positionsdaten zu erzeugen ist allerdings wesentlich aufwendiger als das einfache Stören mittels GPS-Jammer, denn dies erfordert unter anderem eine sehr genaue Zeitbasis am Störsender – im Regelfall ist dafür eine eigene Atomuhr nötig.

Galileo soll, zumindest in den kommerziellen Bereichen, eine Authentifizierung zur Erkennung gefälschter Positionsdaten anbieten.

Abkürzungen[Bearbeiten]

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

  • 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 für die Bereitstellung der Navigationssignale zuständig ist
  • GRR (Ground Reference Receiver): Bezugsgrößen für die empfangenen Navigationssignale, um daraus Korrektursignale abzuleiten.
  • GSS (Galileo Sensor station): Kontroll-Empfangsstationen für Navigationssignale, die ihre Messdaten (über Kabel oder VSAT per geostationäre Satelliten) an die GCC senden
  • 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
  • OSPF: Orbit and Synchronisation Processing Facility: Element, das die Bahnparameter und die Uhrsynchronisationsparameter für die einzelnen Satellitennavigationssignale vorhersagt
  • TTC (telemetry, tracking, and command): Satellitenbahnverfolgung und Satellitensteuerung
  • ULS (Up-Link Stations): Bodenstationen, die die Galileo-Satelliten mit aktuellen Navigationsdaten versorgen.

Weitere Abkürzungen:

  • SCF: Satellite Control Facility:
  • SPF: Service Products Facility
  • MUCF: Mission Control & Uplink Control Facility
  • MSF: Mission Support Facility
  • MGF: Message Generation Facility: Element, das aus den Ausgaben der IPF und OSPF die Navigationsnachrichten generiert, die über die ULS an die Satelliten gesendet werden
  • PTF: Precision Timing Facility: Element, das die Galileo-Systemzeitskala erzeugt
  • GACF: Ground Assets Control Facility
  • KMF: Key Management Facility

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • A Positioning System. Galileo – Strategic, Scientific, and Technical Stakes. Académie de Marine, Bureau des Longitudes, Académie Nationale de l’Air et de l’Espace, Toulouse 2005.
  • François Barlier: Galileo. Un Enjeu Stratégique, Scientifique et Technique. L'Harmattan, Paris 2008, ISBN 978-2-296-05139-3
  • Scott W. Beidleman: GPS versus Galileo. Balancing for Position in Space. In: Astropolitics, 3. Juli 2005, 2, ISSN 1477-7622, S. 117–161
  • Gustav Lindström, Giovanni Gasparini: The Galileo Satellite System and its Security Implications. In: European Union Institute for Security Studies – Occasional Paper 44, ISSN 1608-5000, (PDF, 400 kB)
  • René Oosterlinck: Tracking by Satellite: GALILEO. In: The Security Economy. Papers from a forum meeting held on December 8, 2003 in the Paris Headquarters of the OECD. OECD, Paris 2004, ISBN 92-64-10772-X, S. 77–90, (PDF, 1,4 MB).
  • Jean-Marc Piéplu, Olivier Salvatori: GPS et Galileo: Systèmes de navigation par satellites. Eyrolles, Paris 2006, ISBN 2-212-11947-X
  • Torben Schüler, Stefan Wallner, Bernd Eissfeller: Entwicklungsstand GALILEO mit einem Ausblick auf die Kombination mit GPS für die schnelle RTK-Positionierung. In: zfv – Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, Heft 6/2009 (134, 2009, 6), Wißner-Verlag, Augsburg 2009, ISSN 1618-8950, S. 363–371
  • Bernhard Hofmann-Wellenhof: Kommt Galileo zu spät? In: zfv – Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, Heft 4/2013 (138, 2013, 4), Wißner-Verlag, Augsburg 2013, ISSN 1618-8950, S. 241–248

Weblinks[Bearbeiten]

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

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Art. 2 Kooperationsabkommen über ein globales ziviles Satellitennavigationssystem (GNSS) zwischen der Europäischen Gemeinschaft und ihrer Mitgliedstaaten und der Ukraine vom 1. Dezember 2005, Bekanntmachung vom 20. Januar 2014 (BGBl. II S. 128)
  2. Prag wird Hauptsitz für Satellitennavigationssystem Galileo. In: www.freiepresse.de, 27. Januar 2012,abgerufen am 27. Januar 2012
  3. Spiegel-Online:Milliarden-Desaster erschüttert Satellitenprojekt Galileo
  4. BBC: China joins EU's satellite network 19. September 2003
  5. europa.eu: GALILEO-Gemeinde weitet sich aus: EU und Indien unterzeichnen Übereinkommen 7. September 2005
  6. Times of India: „India puts its money on Galileo“, 31. Oktober 2003
  7. Times of India: „India may quit EU-led GPS project“, 16. Oktober 2006
  8. europa.eu: EU und Israel besiegeln Vereinbarung zu GALILEO 14. Juli 2004
  9. europa.eu: EU und Marokko besiegeln Vereinbarung zu GALILEO 12. Dezember 2006
  10. FAZ: Die Testphase für Galileo beginnt 28. Dezember 2005
  11. swissinfo.org: Testsatellit mit Galileo gestartet 28. Dezember 2005
  12. Heise online: Südkorea beteiligt sich am europäischen Satellitennavigationssystem Galileo 13. Januar 2006
  13. europa.eu: EU und Ukraine unterzeichnen Abkommen über GALILEO 14. Juli 2004
  14. Heise online: Russland bringt sich bei Galileo ins Spiel 18. Mai 2007
  15. Heise online: „EU-Parlament segnet militärische Nutzung von Galileo ab“ - pmz/c't - 10. Juli 2008
  16. How to build up a constellation of 30 navigation satellites. ESA, 17. Juli 2007, abgerufen am 27. November 2009 (englisch).
  17. Deutschland bei Galileo-Finanzierung überstimmt
  18. EU setzt sich im Streit um Galileo durch (Die ursprüngliche Seite ist nicht mehr abrufbar.)[1] [2] Vorlage:Toter Link/www.tagesschau.de → Erläuterung 24. November 2007
  19. a b Galileo und EGNOS: Kommission legt Halbzeitüberprüfung der europäischen Satellitennavigationsprogramme vor. In: Press Releases. europa.eu, abgerufen am 22. Oktober 2011.
  20. ESA: GIOVE-A1 transmits first navigation message, 4. Mai 2007 (englisch)
  21. ESA: ESA's most advanced navigation satellite launched tonight, 27. April 2008 (englisch)
  22. ESA: GIOVE-B spacecraft in good health, 29. April 2008 (englisch)
  23. ESA: GIOVE-B transmitting its first signals, 7. Mai 2008 (englisch)
  24. ESA info on GIOVE-B
  25. Mission accomplished, GIOVE-B heads into deserved retirement. ESA, 24. Juli 2012, abgerufen am 29. Juli 2012 (englisch).
  26. ESA: GIOVE-A2 to secure the Galileo programme, 5. März 2007 (englisch)
  27. Gunter Krebs: GIOVE A, A2 (GSTB v2A). In: Gunter's Space Page. 18. Dezember 2011, abgerufen am 31. Januar 2012 (englisch).
  28. Space Daily: Retired GIOVE-A satellite helps SSTL demonstrate first High Altitude GPS navigation fix. In: Space Daily. 4. Dezember 2012, abgerufen am 4. Dezember 2012 (englisch).
  29. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatNeue Zürcher Zeitung: Doppelpremiere in Kourou. 21. Oktober 2011, abgerufen am 21. Oktober 2011.
  30. Galileo-Satelliten drei und vier gestartet. welt.de, abgerufen am 13. Oktober 2012.
  31. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatESA: Galileo achieves its first airborne tracking. 12. Dezember 2013, abgerufen am 8. Januar 2014.
  32. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatSpaceNews: Sudden Power Loss Leaves a Galileo Satellite in Safe Mode. 3. Juli 2013, abgerufen am 5. Juli 2014.
  33. http://www.arianespace.com/news-press-release/2012/5-2-2012-Galileo-GMES.asp Arianespace: Arianespace, Galileo and GMES, Datum: 2. Mai 2012, abgerufen: 6. Mai 2012
  34. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatESA Media Relations Office: Morgen: Live-Übertragung zum Start der ersten beiden Galileo-Satelliten. ESA, 20. Oktober 2011, abgerufen am 20. Oktober 2011 (deutsch).
  35. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatGerhard Hegmann: Europa schießt keinen Satelliten pünktlich ins All. Die Welt, 22. Oktober 2013, abgerufen am 16. Februar 2014.
  36. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatGalileo: Europäisches Satellitennavigationssystem soll Ende 2014 starten. Europäische Kommission, 28. Januar 2014, abgerufen am 16. Februar 2014.
  37. EU-Kommission vergibt Aufträge für Galileo NZZ Online, 7. Januar 2010
  38. Galileo IOV Launch. esa.int, 22. Oktober 2011, abgerufen am 24. Oktober 2011 (englisch).
  39. Eight more Galileo navsats agreed. esa.int, 2. Februar 2012, abgerufen am 3. Februar 2012 (englisch).
  40. Gunter Krebs: Galileo-IOV PFM, FM2, FM3, FM4. In: Gunter's Space Page. 20. Dezember 2011, abgerufen am 31. Januar 2012 (englisch).
  41. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatESA: IOV fact sheet. ESA, 20. Juli 2011, abgerufen am 15. September 2011 (PDF; 57 kB, englisch).
  42. Gunter Krebs: Galileo-FOC FM1, …, FM22. In: Gunter's Space Page. 3. Februar 2012, abgerufen am 4. Februar 2012 (englisch).
  43. Constellation Information, European GNSS Service Centre, 26. Juni 2014
  44. http://europa.eu/rapid/press-release_IP-13-1129_de.htm
  45. AIN: In-development satnav services could eclipse GPS, 30. Oktober 2011
  46. teltarif: Die GPS-Alternativen Galileo, GLONASS und Compass
  47. Reuters: Russia launches final satellites for its own GPS, 25. Dezember 2007
  48. InsideGNSS: Munich Summit Highlights Satellite Navigation Plans, 3. März 2009
  49. Wettrüsten im All - China startet Navigationssatelliten 17. Januar 2010
  50. http://www.zeit.de/2012/15/T-Galileo-Satellit/seite-2