European Geostationary Navigation Overlay Service

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European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) ist ein europäisches Differential Global Positioning System (DGPS) als Erweiterungssystem zur Satellitennavigation. Es steigert regional begrenzt auf Europa die Positionsgenauigkeit von GNSS und ist funktionell und protokollmäßig voll kompatibel zu dem amerikanischen WAAS, dem japanischen MSAS und dem indischen GAGAN, die ihre Korrekturdaten ebenfalls über Satelliten verteilen (Satellite Based Augmentation System, SBAS). Der Empfang von EGNOS setzt eine Sichtverbindung zu einem geostationären Satelliten im Süden voraus.

Neben Daten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit informiert EGNOS auch über die Integrität des GNSS: Innerhalb von 6 Sekunden erfahren die Nutzer des Safety-of-Life-Dienstes, wenn die Positionierungssysteme falsche Daten ausstrahlen oder der Empfang stark gestört ist. Der Safety-of-Life-Dienst kommt zum Einsatz, wenn korrekte Positionsangaben lebenswichtig sind, wie zum Beispiel im Flugverkehr.

Hintergrund[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nachdem die künstlichen Phasenschwankungen des zivil nutzbaren C/A-Codes von GPS (Selective Availability) im Mai 2000 abgeschaltet wurden, sind Laufzeiteffekte in der Ionosphäre die größten verbleibenden Fehlerquellen. Die Geschwindigkeit der Funksignale der GNSS-Satelliten beim Passieren der Ionosphäre ist abhängig vom Ionisationsgrad. Deshalb hängt die Laufzeit nicht nur von der Entfernung zum Satelliten, sondern auch vom Ionosphärenzustand ab. Dieser Effekt könnte durch Vergleich der Laufzeiten auf zwei oder mehreren verschiedenen GNSS-Sendefrequenzbänder korrigiert werden, jedoch empfangen zivile, portable Navigationsgeräte im Regelfall nur auf einem Frequenzband das Signal der GNSS-Satelliten. Als der erste für den Massenmarkt taugliche Zwei-Frequenzband-GNSS-Empfänger gilt der im Jahr 2018 auf den Markt gekommene Broadcom-Chip BCM 47755.[1][2][3][4]

Herkömmliches differenzielles GPS, basierend auf einer einzelnen Referenzstation mit bekannter Position, erlaubt zwar eine hoch genaue Korrektur, aber nur in geringer Entfernung von dieser Station. Die tomografische Verknüpfung der von vielen Referenzstationen beobachteten Laufzeiten führt zu einer interpolierenden Karte der Elektronendichte der Ionosphäre, die den Empfängern im gesamten von den Referenzstationen abgedeckten Bereich eine grobe Korrektur erlaubt.

Systemaufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

EGNOS-Bodenstationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Karte der EGNOS Bodenstationen
EGNOS RIMS Station BRN (Berlin)

40 Referenzstationen (Ranging and Integrity Monitoring Station, RIMS) in Europa, Nordafrika und dem Nahen Osten[5] empfangen die Signale der GPS-, GLONASS- und Galileo-Satelliten. Da die Stationen typischerweise viel weiter voneinander entfernt sind als die Ionosphäre hoch ist, müssen sie, um die Ionosphäre flächendeckend zu erfassen, die Satelliten bis dicht über dem Horizont empfangen. Um dabei störenden Mehrwegempfang durch Reflexionen am Boden zu unterdrücken, werden spezielle Choke-Ring-Antennen verwendet.[6][7]

Aus den Daten der RIMS berechnen zwei redundante Kontrollzentren (Master Control Center, MCC) bei Madrid und Rom sowohl Korrekturen der Satellitenpositionen als auch aktuelle Karten der Elektronendichte der Ionosphäre zur Laufzeitkorrektur.

Sechs Up-Link-Stationen (Navigation Land Earth Station, NLES), je zwei redundante pro Satellitenorbit, senden die Korrekturdaten zur flächendeckenden Verteilung an die geostationären Satelliten.

EGNOS-Satelliten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aktuell in Betrieb stehende Transponder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Folgende geostationäre Satelliten strahlen das EGNOS-Korrektursignal aus:[8]

EGNOS-Betrieb PRN ID Signale Orbitposition Satellit Bemerkung
Testmodus 120 33 L1 15,5° West Inmarsat-3F2, AOR-E gestartet am 6. September 1996, EGNOS-Betrieb seit 2. März 2011
Service of Life 136 49 L1, L5 5,0° Ost SES-5 gestartet am 9. Juli 2012, EGNOS-Betrieb seit 13. August 2015
Service of Life 123 36 L1, L5 31,5° Ost Astra-5B gestartet am 22. März 2014, EGNOS-Betrieb seit 11. Dezember 2014
Inmarsat-3-Satellit

Neben dem seit 2006 ausgestrahlten regulären EGNOS-Signal ist das EGNOS-Signal von einem der Satelliten nur für Testzwecke vorgesehen (EGNOS System Test Bed (ESTB)).

Damit einfache GNSS-Empfänger keine weitere Empfangseinheit benötigen, versenden die geostationären Satelliten die Korrekturdaten auf der GPS L1-Frequenz. Zur Trennung mittels CDMA werden C/A-Codes ab PRN 120 verwendet, reguläre GPS-Satelliten benutzen den Kennungsbereich von 1 bis 32.

Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit sollten bei Vermessungs- oder Navigationsarbeiten Wege so gewählt werden, dass am Startpunkt für längere Zeit Sichtverbindung zu mindestens einem EGNOS-Satelliten besteht und Gebiete mit vollständiger Abschattung gemieden oder zügig durchquert werden.

Außer Betrieb stehende Transponder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Vergangenheit wurde auch ein Signal über die Satelliten ARTEMIS (PRN 124; ID 37) und Inmarsat IND-W (PRN 126; ID 39) gesendet.

Verteilung der EGNOS-Korrekturdaten über Internet[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Da die geostationären Satelliten in Europa nicht hoch am Himmel stehen und deshalb vor allem für mobile Nutzer in Städten ihre Signale schlecht zu empfangen sind, werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt.[9]

Alle versendeten Datensätze werden archiviert und sind frei per FTP verfügbar.[10] Das erlaubt die nachträgliche Korrektur (Postprocessing) von GNSS-Positionen (falls GNSS-Rohdaten aufgezeichnet wurden) und erleichtert die Anwendungsentwicklung.

Die auf diese Weise kostenlos verteilten Korrekturdaten haben eine nur geringe Datenrate. Die sehr viel umfangreicheren Rohdaten aller RIMS sind kostenpflichtig über einen Zugangspunkt erhältlich.[11] Sie erlauben eine genauere Korrektur, insbesondere in den Umgebungen der RIMS, und haben eine garantierte Verfügbarkeit.

EGNOS-kompatible GNSS-Empfänger[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Viele GNSS-Empfänger unterstützen den Empfang des EGNOS-Korrektursignals über die EGNOS-Satelliten und können die EGNOS-Korrekturdaten verarbeiten. Hochwertige GNSS-Empfänger erlauben bei fehlender Sichtverbindung zu einem EGNOS-Satelliten den Empfang der EGNOS-Korrekturdaten über den Mobilfunk aus dem Internet. Die Nutzung des EGNOS-Dienstes Open Service ist kostenlos.

Als Designspezifikation liegt dem zu Grunde, dass sich 99 % der bestimmten Positionen innerhalb eines Kreises mit 40 Metern Radius um die wahre Position befinden. Falls diese Genauigkeit auf Grund von Systemanomalien nicht mehr garantiert werden kann, erfolgt innerhalb von sechs Sekunden eine Warnung.[12]

EGNOS-Versionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

EGNOS v2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das System befindet sich seit 1. Oktober 2009 im offiziellen Betrieb.[13] Die Freigabe für Safety-of-Life-Anwendungen war für 2010 angekündigt. Im Juli 2010 wurde das Signal für die Systemintegrität zertifiziert, die Live-Schaltung scheiterte jedoch zunächst (Anfang August) an einem Software-Fehler.[14] Seit Dezember 2010 wird dieses Signal nun gesendet und darf seitens des Anbieters seit dem 2. März 2011 benutzt werden.[15] Am 15. Dezember 2011 gab das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) für Deutschland seine Zustimmung zur Nutzung des Dienstes Safety-of-Life.[16]

Die Kennwerte des Safety of Life-Dienst mit EGNOS v2-kompatiblen GNSS-Empfängern sind:[17]

  • Korrekturdaten für: GPS L1 C/A[18]
  • Genauigkeit (Horizontal): 3 Meter (mit 95 % Wahrscheinlichkeit)
  • Genauigkeit (Vertikal): 4 Meter (mit 95 % Wahrscheinlichkeit)

Der Betrieb des Safety of Life-Dienst mit EGNOS v2-kompatiblen GNSS-Empfängern wird bis 2030 garantiert.[19]

EGNOS v3[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 20. November 2013 hat das Europäische Parlament die weitere Finanzierung von EGNOS und des Satellitennavigationssystems Galileo in Höhe von 7 Milliarden Euro für den Zeitraum 2014–2020 genehmigt.[20] Airbus arbeitet mit mehreren Partnern an EGNOS v3, einer Evolutionsstufe des Systems, die die Positionsgenauigkeit von GPS wie auch Galileo erhöhen wird. EGNOS v3 wird die Korrekturdaten für zwei verschiedene Frequenzbänder unterstützen: L1/E1 (1575 MHz) und L5/E5 (1176 MHz).[21] EGNOS v3 wird auch Zweifrequenzband-GNSS-Empfänger für den Dienst Safety of Life unterstützen, was die Positionsgenauigkeit erhöht.

Die Kennwerte des Safety of Life-Dienst mit EGNOS v3-kompatiblen GNSS-Empfängern sind:[22]

  • Korrekturdaten für: GPS L1, GPS L5, Galileo E1 und Galileo E5
  • Genauigkeit (Horizontal): wahrscheinlich < 1 Meter
  • Genauigkeit (Vertikal): wahrscheinlich < 1 Meter

Ab 2023Vorlage:Zukunft/In 4 Jahren bis 2025Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren soll EGNOS v3 in mehreren Etappen in Betrieb genommen werden.[23]

Administration[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

EGNOS ist ein gemeinsames Projekt der ESA, der EU und der europäischen Flugsicherung Eurocontrol, die gemeinsam als European Tripartite Group (ETP) das Projekt vorbereiteten. Es gilt als Einstieg der Europäer in die Satellitennavigation und als Vorstufe zum europäischen Satellitennavigationssystem Galileo. Verantwortlich für Design und Entwicklung ist die ESA. Die Firma[24] European Satellite Service Provider SAS (ESSP) mit Sitz in Toulouse (Frankreich) betreibt und vermarktet EGNOS im Auftrag der EU.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Javier Ventura-Traveset, Didier Flament (Hrsg.): EGNOS: The European Geostationary Navigation Overlay System – A cornerstone of Galileo. ESA Publications Division, Noordwijk 2006, ISBN 92-9092-453-5

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. https://www.golem.de/news/satellitennavigation-neuer-broadcom-chip-macht-ortung-per-mobilgeraet-viel-genauer-1709-130203.html Golem.de - Neuer Broadcom-Chip macht Ortung per Mobilgerät viel genauer
  2. https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/design/superaccurate-gps-chips-coming-to-smartphones-in-2018 Spectrum.IEEE.org - Superaccurate GPS Chips Coming to Smartphones in 2018
  3. https://www.nsl-gnss.com/about-nsl/nsl-blog/15-products-and-services/55-xiaomi-mi8 NSL - Initial Tests of the Xiaomi MI 8 Dual Frequency GNSS Smartphone
  4. https://www.nsl-gnss.com/about-nsl/nsl-blog/15-products-and-services/56-xiaomi-mi8-2 NSL - Data Quality from the Dual Frequency Xiaomi MI 8
  5. EGSA: EGNOS System.
  6. Theorie der Choke-Ring-Antenne
  7. Modifikation für breitbandigen Empfang (Satelliten mehrerer Systeme)
  8. EGNOS SERVICE NOTICE Nr. 015 (Rev. 2.1, 31. August 2018)
  9. SISNeT (PDF; 216 kB)
  10. EGNOS Message Server
  11. EGNOS Data Access Service, EDAS Details
  12. EGNOS’s integrity mechanisms for safety-of-life applications
  13. Kommission startet EGNOS Open Service – kostenloser Zugang für Bürger und Unternehmen
  14. EU-Kommission: Status of EGNOS SoL introduction – 9 September 2010 (Memento des Originals vom 9. März 2012 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/ec.europa.eu (PDF; 12 kB)
  15. ESSP News: Status on the EGNOS Safety-of-Life Service Introduction
  16. DFS Pressemitteilung (Memento des Originals vom 3. Juni 2012 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.dfs.de
  17. https://www.gsa.europa.eu/sites/default/files/brochure_sol-sept_2016.pdf EGNOS Safety of Life (SoL) - Service Definition Document
  18. https://www.gps.gov/systems/gps/modernization/civilsignals/ GPS.gov - New Civil Signals
  19. https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/EGNOS_Future_and_Evolutions EGNOS Future and Evolutions
  20. http://europa.eu/rapid/press-release_IP-13-1129_de.htm
  21. http://insidegnss.com/gsa-eutelsat-contract-marks-major-milestone-for-egnos-v3/ InsideGNSS.com - GSA, Eutelsat Contract Marks Major Milestone for EGNOS V3
  22. https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/EGNOS_Future_and_Evolutions EGNOS Future and Evolutions
  23. Airbus Pressemitteilung
  24. Selbstdarstellung des Betreibers ESSP SAS