GALILEO
Das zivile europäische
Satellitennavigationssystem
Geschichte von GALILEO
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erste Vorschläge innerhalb der ESA als Teil des Global Navigation
Satellite System (GNSS)
1994 wurde der European Geostationary Navigation Overlay Service
(EGNOS) durch die ESA, die Europäische Kommission und
Eurocontrol (europäische Flugsicherung) vorgeschlagen und im
Oktober 1998 durch die ESA Mitgliedsstaaten angenommen
im Mai 1999 bewilligte die ESA das GALILEOSat Programm
das EU Verkehrsministerium bestätigte im Juni 1999 einen ersten
Entwurf
die Entwicklung von GALILEO wurde im November 2001 durch die
ESA genehmigt und im März 2002 durch das EU
Verkehrsministerium
am 27. Mai 2003 einigten sich die ESA Mitgliedsstaaten über die
Konditionen der Teilnahme am GALILEO-Programm
Phasen von GALILEO
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Planung und Aufbau des komplexen Satellitensystems mit 30
Raumflugkörpern im Weltraum sowie der dazugehörigen
Bodeninfrastruktur erfolgen in vier überschaubaren Etappen:
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2003: Planungs- und Definitionsphase
2003-2007: Entwicklungs- und Testphase
2007-2008: In-Orbit-Validierungsphase
bis Ende 2010: Errichtungsphase
Phasen von GALILEO
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Entwicklungs- und Testphase
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Kosten-Nutzen-Analyse
festlegen von Forschungsaufgaben
Gewährleistung der Sicherheit des Systems
notwendige Schritte zur Zuweisung von Funkfrequenzen
Prüfung der Integration von EGNOS
Entwurf von Vollmachten und Verträgen zur Zusammenarbeit mit der
USA und Russland
Phasen von GALILEO
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Entwicklungs- und Testphase
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Marktanalyse
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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die ESA hat am 9. November 2005 den beiden Testsatelliten die Namen
GIOVE A und GIOVE B gegeben (GALILEO In-Orbit Validation
Element), sie entsprechen in ihrem Aufbau und der Ausrüstung noch
nicht komplett den späteren Serienraumflugkörpern, sie werden später
auch nicht in das Weltraumsegment integriert
Überprüfung der Ausrüstung der späteren Seriensatelliten, des
Zusammenwirkens mit Bodenstationen sowie der projektierten
Parameter der Navigationssignale
Sicherung der von der Internationalen Telekommunikations-Union (ITU)
an GALILEO vergebenen Frequenzen (da sonst am 10. Juni 2006 die
Reservierung verfällt)
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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Erprobung der Atomuhr-Typen und Charakterisierung ihrer Daten
GIOVE A nur mit Rubidium-Uhr, GIOVE B wird auch die Maser-Uhr
testen, sie wird die genaueste Uhr sein, die jemals in den Weltraum
gebracht wurde
wenn die Uhren erfolgreich arbeiten, kann der Signalgenerator
eingeschaltet werden und verschiedene Testsignale ausstrahlen, GIOVE
A überträgt Signale in zwei Kanälen, GIOVE B in drei Kanälen
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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zwei wissenschaftliche Instrumente an Bord führen auch Messungen der
Strahlung und anderer Charakteristiken in der Umgebung der
Testsatelliten durch
die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die endgültige Gestaltung des
Gesamtsystems und seiner Elemente ein
GIOVE A ist am 28. Dezember 2005 mit einer Sojus-Trägerrakete von
Baikonur aus gestartet, GIOVE B folgt im Jahre 2006
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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Technische Daten der Satelliten
GIOVE A (erster Testsatellit)
Abmessungen: 1,30m x 1,74m x 1,40m
Startmasse: 450kg
Nutzlast: Rubidium-Atomuhren, Signalgenerator
Elektrische Leistung: 660W
Hersteller: Surrey Satellite Technology
Start: 28. Dezember 2005
Startort: Kosmodrom Baikonur
Träger: Sojus-Fregat
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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Technische Daten der Satelliten
GIOVE A montiert auf der Sojus-Fregat-Oberstufe
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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Technische Daten der Satelliten
GIOVE B (zweiter Testsatellit)
Abmessungen: 0,95m x 0,95m x 2,40m
Startmasse: 523kg
Nutzlast: Rubidium- und Wasserstoffmaser-Atomuhren, Signalgenerator
Elektrische Leistung: 943W
Hersteller: Galileo Industries
Start: 2006
Startort: Kosmodrom Baikonur
Träger: Sojus-Fregat
Phasen von GALILEO
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Planungs- und Definitionsphase
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Technische Daten der Satelliten
Galileo IOV (die ersten vier Satelliten)
Abmessungen: 2,70m x 1,20m x 1,10m
Spannweite der Solarpanels: 13m
Startmasse: 680kg
Elektrische Leistung: 1500W (nach 12 Jahren)
Lebensdauer (mindestens): 12 Jahre
Hersteller: Galileo Industries
Start: ab 2008
Startort: Kosmodrom Baikonur
Träger: Sojus-Fregat (für weitere Satelliten auch Ariane 5)
Phasen von GALILEO
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In-Orbit-Validierungsphase
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Aufbau eines Systems mit vier operationellen GALILEO-Satelliten, die
bereits dem späteren Serientyp entsprechen, sie werden mit zwei
Doppelstarts 2007/08 in den Weltraum befördert
die Satelliten werden so positioniert, dass zwei von ihnen in der
„Bahnebene 1“ und zwei in der „Bahnebene 2“ Platz finden
zusammen mit einem Teil der Bodeneinrichtungen und einem Netzwerk
von Testempfängern wird mit diesen vier Satelliten sowohl das
grundlegende Weltraumsegment als auch das zugehörige
Bodensegment des GALILEO-Systems überprüft
Analyse der Systemleistung, um nötige Verbesserungen rechtzeitig
einführen zu können
außerdem prüfen die Ingenieure die Verarbeitungsstrategien für die
Navigations- bzw. Integritätsnachrichten sowie die Genauigkeit der
empfangenen Messdaten
Phasen von GALILEO
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Errichtungsphase
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zügiger Aufbau des Gesamtsystems in allen drei Bahnebenen
die Satelliten sollen dabei möglichst mit Raketen des Typs Ariane 5
gestartet werden, denn nur sie kann gleichzeitig acht GALILEOSatelliten in die hohen Umlaufbahnen befördern
neben dem Weltraumsegment wird auch das Bodensegment fertig
ausgebaut, so dass Ende 2010 mit dem Regelbetrieb begonnen werden
kann
Phasen von GALILEO
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Errichtungsphase
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die Satelliten auf den drei Bahnebenen
Phasen von GALILEO
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Errichtungsphase
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Achtfachstart der Satelliten mit der Ariane 5
Dienste von GALILEO
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GALILEO bedient mit fünf speziellen Diensten alle Regionen der
Welt rund um die Uhr
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Der offene Dienst (Open Service, OS)
OS resultiert aus einer Kombination offener Signale, die vom Nutzer
gebührenfrei empfangen werden und – was die Genauigkeit der
Standort- und Zeitbestimmung angeht – bisherige Angebote qualitativ
übertreffen.
Auf der Basis von OS werden kostenlose Dienste von allgemeinem
Interesse zu Ortungs-, Navigations- und Zeitsynchronisationszwecken
aufgebaut.
Dienste von GALILEO
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Der kommerzielle Dienst (Commercial Service, CS)
Der kommerzielle Dienst bietet Zusatzinformationen zur Aufwertung von
Produkten und Leistungen verschiedenster Anbieter.
Dieser gebührenpflichtige Dienst soll einer Zugangskontrolle unterliegen.
Er ist für den professionellen Endanwender gedacht, wie beispielsweise
in den Bereichen Vermessungswesen, Netzsynchronisation oder
Flottenmanagement.
Dieser Dienst umfasst ferner eine begrenzte Übertragungskapazität für
Nachrichten von Servicezentren an Nutzer (in der Größenordnung von
500 Bits pro Sekunde).
Neu ist: Gegenüber dem Nutzer werden Haftungsverpflichtungen
eingegangen.
Dienste von GALILEO
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Der sicherheitskritische Dienst (Safety of Life Service, SoL)
Dieser weltweit verfügbare, jedoch verschlüsselte, Dienst steht
Nutzergruppen offen, bei denen die garantierte Genauigkeit ein
wesentliches Merkmal darstellt.
Das betrifft vor allem die Bereiche des Verkehrswesens (Luft- und
Schifffahrt, Schienenverkehr).
Für die Kontinuität dieses Dienstes wird eine Garantie gegeben.
Dienste von GALILEO
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Der öffentliche regulierte Dienst (Public Regulated Service, PRS)
Der zugriffsgeschützte, verschlüsselte und störresistente Dienst wird von
staatlichen Stellen genutzt, wie z.B. Polizei, Zoll und
Sicherheitsorganen.
Er dient hoheitlichen Aufgaben der EU-Staaten.
Der PRS-Dienst muss ständig und unter allen Umständen in Betrieb
sein, insbesondere in Krisensituationen.
Ein wesentlicher Faktor für den PRS-Dienst ist die Signalstabilität, die
den Dienst gegen Störsender und elektronische Täuschungen schützt.
Dienste von GALILEO
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Der Such- und Rettungsdienst (Search and Rescue, SAR)
Der SAR-Dienst ermöglicht den Empfang von Notrufen von beliebigen
Standorten auf der ganzen Erde praktisch in Echtzeit, die exakte
Positionsbestimmung der Warnmeldungen auf wenige Meter anstelle der
derzeitigen Genauigkeit von 5 km erlaubt.
Er ermöglicht auch Rückmeldungen an den Geschädigten.
Der Dienst unterstützt bereits vorhandene SAR-Systeme wie z.B.
COSPAS-SARSAT.
Dienste von GALILEO
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die verschiedenen Dienste bei Galileo und deren wichtigste Parameter
Dienst
Open Service
Commercial Services
Abdeckung
Genauigkeit
global
15 bis 30m (eine
Frequenz); 5 bis 10m
(zwei Frequenzen)
99%
nicht generell nötig
global
5 bis 10m
(zwei
Frequenzen)
99%
Zusatzdienst
Verfügbarkeit
SignalintegritätsInformation
local
10cm bis 1m
99%
Public Regulated
Services
global
local
4 bis 6m
1m
(zwei
Frequenzen)
bis 99,9%
bis 99,9%
implementiert
Dienste von GALILEO
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Frequenzzuweisungen für die Navigationssatelliten-Systeme GPS,
GLONASS und GALILEO
Bezeichnung
Frequenz-Band
System
Bemerkung zu Diensten
L1
L1-Band
1559 – 1610MHz
L1-Band
L2-Band
1215 – 1260 MHz
L2-Band
L1-Band
L1-Band
L5/E5-Band
1164 – 1215 MHZ
L2-Band
L5/E5-Band
E6-Band
1260 – 1300 MHz
GPS
in Nutzung
GLONASS
GPS
in Nutzung
in Nutzung
GLONASS
GALILEO
GALILEO
GPS III
in Nutzung
geplant für SoL
geplant für OS
geplant
GALILEO
GALILEO
GALILEO
geplant für CS
geplant für SoL
geplant für CS
G1
L2
G2
E1
E2
L5
E4
E5
E6
Architektur von GALILEO
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Weltraumsegment
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besteht nach vollständigem Ausbau aus 30 Satelliten, die gleichmäßig
auf drei kreisförmigen Bahnebenen in etwa 23 600 km Höhe verteilt sind
und mit dem dazugehörigen terrestrischen Kontrollsegment eine globale
Abdeckung garantieren
die Bahnneigung der Ebenen zum Äquator beträgt 56 Grad
auf jeder Ebene befinden sich neun jeweils um 40 Grad versetzt
fliegende Satelliten, ein zehnter Satellit wird als Reserve in der
jeweiligen Bahnebene vorgehalten
die Abweichung eines Satelliten von seinem Platz innerhalb der
Bahnebene darf höchstens 2 Grad betragen, das entspricht etwa
1000km
Architektur von GALILEO
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Weltraumsegment
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mit dieser Satellitenkonstellation wird erreicht, dass stets mindestens
vier Satelliten, in der Regel jedoch sechs bis acht, für den Nutzer des
GALILEO-Systems Daten liefern können
insgesamt bilden also 27 operationelle GALILEO-Satelliten das
europäische Navigationssatellitensystem im Weltraum
aus der hohen Umlaufbahn resultiert eine geringe
Winkelgeschwindigkeit der Satelliten, was eine längere Sichtbarkeit über
dem Erdhorizont bedeutet, außerdem treten in dieser Höhe keine
störenden Wechselwirkungen mit der Erdatmosphäre auf, so dass nur
selten Korrekturmanöver erforderlich sind, damit kann ein zuverlässiger
Betrieb über viele Jahre gewährleistet werden.
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
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Kern des Bodensegments bilden zwei GALILEO-Kontrollzentren in
Deutschland sowie in Italien
das künftige GALILEO-Hauptkontrollzentrum wird am DLR-Standort
Oberpfaffenhofen errichtet und von dort aus der Regelbetrieb der 30Satelliten-Konstellation über mindestens 20 Jahre hinweg durchgeführt
ein umfassendes zweites GALILEO-Kontrollzentrum mit eigenen
Aufgaben für den Regelbetrieb soll in Fucino (Italien) entstehen, es
fungiert auch bei auftretenden Problemen als Backup-Einrichtung
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
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die Positionierung der 30 Satelliten werden das Europäische
Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC in Darmstadt sowie das
französische Raumfahrtzentrum der CNES (Centre National d'Etudes
Spatiales) in Toulouse zu jeweils gleichen Anteilen übernehmen
im Geiste eines "Netzwerks der Satellitenkontrollzentren" wird dabei
versucht, die zahlreichen anspruchsvollen Arbeitsaufgaben der Startund Testphasen von GALILEO auf Europas wichtigste
Operationskompetenzzentren zu verteilen
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
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europäisches Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC in Darmstadt
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
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das GALILEO-Kontrollzentrum ist in zwei Hauptbereiche gegliedert, das
so genannte Ground Control Segment (GCS) und das Ground Mission
Segment (GMS)
Ground Control Segment ist für die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit
der GALILEO-Satelliten und ihre korrekten Umlaufbahnen
verantwortlich, hierfür stehen fünf global verteilte SatellitenKontrollstationen zur Verfügung, die über 13 Meter-Antennen im S-Band
(2,6 – 3,95 GHz) wechselseitig Daten über den Zustand der
Raumflugkörper empfangen und Kommandos senden
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
Das Ground Mission Segment ist für die Lieferung korrekter
Navigationssignale und die Überwachung der Integrität verantwortlich,
dabei wird überprüft, ob sich das ausgehende Signal innerhalb
vorgegebener Toleranzen befindet, weicht es ab, erhalten die Nutzer
spätestens nach sechs Sekunden eine Information über fehlerhafte oder
fehlende Signale, das gesendete Navigationssignal setzt sich aus der
Zeit der Atomuhr an Bord, den präzisen Orbitdaten des Satelliten und
Integritätsinformationen zusammen
Architektur von GALILEO
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Bodensegment
zur Ermittlung der nötigen Daten werden über ein Netzwerk von 40
GALILEO Sensor Stations (GSS) die Signale aller Satelliten ständig im
L-Band (1 – 2,6 GHz) von speziellen Referenz-Empfängern erfasst, die
dabei gewonnenen Daten erhält ein Computer des GMS, wo zusammen
mit weiteren Informationen (Zeitsignal der Bodenstationsuhren,
Ionosphärendaten u.a.) die neuen Orbitdaten jedes Satelliten ermittelt
werden, außerdem erfolgt ein Abgleich aller Borduhren mit der Uhr der
Kontrollstation, eine Vorhersage der Bahnverläufe für die nächsten
Stunden und die Bewertung der Integrität aller Satellitensignale, die
Berechnung wird alle zehn Minuten durchgeführt, die Ergebnisse der
Berechnungen werden über neun UpLink-Stationen (ULS) mittels 3
Meter-Antennen im C-Band (3,95 – 5,8 GHz) zu den Satelliten
übertragen, so dass diese wieder über die korrekten
Navigationsinformationen verfügen
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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die beiden bisher existierenden Systeme sind GPS (USA) und
GLONASS (Russland), beide wurde nach militärischen
Gesichtspunkten entwickelt, wobei GLONASS bisher noch im Aufbau
befindlich ist und keine zivilen Anwendungen hervorgebracht hat,
somit ist GALILEO die einzige Alternative zur faktischen
Monopolstellung des GPS-Systems
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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GALILEO hat gegenüber GPS mehrere Vorteile
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es ist unter zivilen Aspekten konzipiert und erstellt, weist aber auch den
aus Sicherheitsgründen nötigen Schutz auf
anders als GPS bietet GALILEO daher für bestimmte der
vorgeschlagenen Dienste rechtliche Funktionsgarantien
es basiert auf derselben Technologie wie GPS und ist aufgrund der
Struktur der Satellitenkonstellation und der vorgesehenen
Bodensysteme für die Kontrolle und das Management noch genauer
es ist zuverlässiger, da es eine „Integritätsmeldung" umfasst, die den
Nutzer unmittelbar über auftretende Fehler informiert
außerdem wird GALILEO im Gegensatz zu GPS ohne Schwierigkeiten
in Städten und in Gebieten hoher geografischer Breite empfangen
werden können
es stellt eine echte öffentliche Dienstleistung dar und bietet als solche
eine Garantie der Dienstekontinuität für bestimmte Anwendungen
GPS-Signale waren in den letzten Jahren mehrmals unfreiwillig oder
absichtlich nicht verfügbar, teilweise ohne Vorwarnung
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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GALILEO hat gegenüber GPS mehrere Vorteile
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Empfang in Städten und in Gebieten hoher geografischer Breite
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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GALILEO stellt jedoch auch eine Ergänzung des GPS dar
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die harmonische Nutzung der beiden Infrastrukturen („double source")
bringt echte Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit und hinsichtlich der
Sicherheit beim Ausfall eines der beiden Systeme
die Existenz zweier unabhängiger Systeme ist für alle Nutzer von Vorteil,
die sowohl die GPS-Signale als auch die GALILEO-Signale mit ein und
demselben Empfänger nutzen können
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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mit der Kompatibilität zu GPS ergibt sich auch ein möglicher Nachteil
für GALILEO
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Voraussetzung für den Abschluss des Vertrages über die Kompatibilität
von GPS und GALILEO 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
Unterschied von GALILEO zu bisherigen
Satellitennavigationssystemen
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die Europäische Kommission und ESA legen großen Wert auf die
ergänzende und komplementäre Beziehung zwischen Galileo und
GPS, um den Nutzern weltweit verbesserte und sicherere Dienste
bieten zu können, dies zeigt sich mit dem EGNOS Programm, mit
dem die in Europa von den Satellitenkonstellationen GPS und
GLONASS gebotenen Dienste erheblich verbessert werden
das seit 1994 entwickelte EGNOS erhöht die Zahl der GPS-Signale
und ergänzt sie durch eine Differentialkorrektur und eine
Integritätsmeldung, EGNOS soll auch in GALILEO integriert werden
Anwendungsbeispiele von GALILEO
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Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten
1. Industrie
Landwirtschaft
Landkartenerstellung
Photogrammetrie (Bildmessung)
Sicherheitsdienste
Telekommunikation
2. Wissenschaft
Archäologie
Atmosphärenforschung
Geodäsie (Erdmessung, Landes- und Katastervermessung)
Ozeanografie
Anwendungsbeispiele von GALILEO
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Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten
3. Transportwesen
individueller Straßenverkehr
Flottenmanagement von Lkws, Bussen und Eisenbahnwaggons
Schiffsverkehr
Raumfahrt
Rettungsdienste
4. Freizeit und Sport
Segeln
Bergsteigen
Radtouren u.ä.
Golf
Anwendungsbeispiele von GALILEO
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Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten
5. Militärwesen
Marine (Schiffe und U-Boote)
Flugzeuge
»intelligente« Munition
Raketen, Satelliten
6. Behörden und Umweltschutz
Geo-Informationssysteme
Ortung gestohlener Fahrzeuge

GALILEO.