Satellitennavigation für die EU
GALILEO
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Europas gemeinsame Antwort auf GPS(USA) und
GLONASS (Russland)
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Sie werden beide vom Militär finanziert und kontrolliert. d.h. dass Informationen für zivile Nutzer verfälscht oder
gar abgeschaltet werden können.
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GALILEO bringt einen wichtigen Technologievorsprung
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Befreiung aus der US-Abhängigkeit
Zu GPS
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Ist nicht hundertprozentig zuverlässig.
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Empfang zum Teil lückenhaft, insbesondere in Städten
und in hohen Breitengraden.
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Rasche Ortung und Präzision ist beschränkt.
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Das Militär übernimmt keine Haftung für Falschangaben
z.B. bei Flugzeugunfällen.
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Wird bisher von amerikanischen Konzernen Rockwell
und Trimble dominiert.
Zu GLONASS
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GLONASS befindet sich im Wiederaufbau
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Bislang keine zivilen Anwendungen
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Zur Zeit 15 funktionsfähige Satelliten im Orbit
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Bis 2010: 24 Satelliten für die weltweite Abdeckung
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2003 Vereinbarung für Tests zur Kompatibilität beider
Navigationssysteme.
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In der Zukunft vielleicht sogar eine Kombination aus GALILEO und
GLONASS möglich
Entstehung
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Gemeinschaftsprojekt der ESA (European Space
Agency) und der Europäischen Union.
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Name entstand von dem italienischen Genius und
Weltrevolutionär Galileo Galilei.
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GALILEO stellt eine technologische Revolution dar, wie
z.B. UMTS im Mobilfunk.
Aufbau des GALILEO-Systems
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Planung und Aufbau des komplexen Satellitensystems
erfolgt in vier überschaubaren Etappen:
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1. Definitionsphase (2003, bereits abgeschlossen)
2. Entwicklungs- und Testphase (2003 – 2007)
3. In-Orbit-Validierungsphase IOV (2007 – 2008)
4. Errichtungsphase (bis Ende 2010)
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Entwicklungs- und Testphase
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In dieser Phase werden Testsatelliten gestartet.
- Sie sollen die Ausrüstungen der Satelliten,
- das Zusammenwirken mit Bodenstationen,
- die projektierten Parameter der Navigation überprüfen.
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GIOVE A wurde am 28. Dezember mit einer Sojus – Trägerrakete in
die Erdumlaufbahn geschickt.
GIOVE B folgt im laufe des Jahres 2006.
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Der Untersuchungsschwerpunkt der beiden Satelliten besteht in der
Erprobung der beiden Atomuhren und der Charakterisierung der
Daten.
Jeder GALILEO-Satellit hat je zwei Maser-Uhren sowie zwei
Rubidium-Uhren. Eine Maser-Uhr liefert die Bordzeit die anderen
dienen als Backup.
Die Satelliten
GIOVE A (erster Testsatellit)
britisch-niederländisch
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GIOVE (Akronym)
Galileo In-Orbit Validation Element
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Abmessungen
1,30 m x 1,74 m x 1,40 m
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Startmasse
450 kg
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Nutzlast
Rubidium-Atomuhren, Signalgenerator
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Elektrische
Leistung
660 W
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Hersteller
Surrey Satellite Technology
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Start
28. Dezember 2005
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Startort
Kosmodrom Baikonur
•
Träger
Sojus-Fregat
GIOVE B (zweiter Testsatellit)
deutsch-italienisch
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Abmessungen
0,95 m x 0,95 m x 2,40 m
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Startmasse
523 kg
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Nutzlast
Rubidium- und WasserstoffmaserAtomuhren, Signalgenerator
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Elektrische Leistung
943 W
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Hersteller
Galileo Industries
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Start
2006
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Startort
Kosmodrom Baikonur
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Träger
Sojus-Fregat
GALILEO IOV (die ersten vier
richtigen Satelliten)
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Abmessungen
Spannweite der
Solarpanels
Startmasse
Elektrische Leistung
Lebensdauer
Hersteller
Start
Startort
Träger
2,70 m x 1,20 m x 1,10 m
13 m
680 kg
1500 W
mindestens 12 Jahre
Galileo Industries
ab 2008
Kosmodrom Baikonur
Sojus-Fregat (für weitere Satelliten auch
Ariane 5)
Maser-Atomuhr
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Maser-Uhr (microwave ampilfication by
stimulated emission of radiation) die eine
Frequenz von 1,420 GHz erzeugt.
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Die Maser-Wasserstoff-Atomuhr ist die
genaueste Uhr die jemals in den Weltraum
gebracht wurde.
Sie erreicht eine Abweichung von einer
Sekunde in 3 Millionen Jahren.
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Diese Uhr nutzt als Zeitbasis keine
schwingende Masse, sondern den Übergang
von Atomen zwischen verschiedenen
Energieniveaus.
Rubidium Uhr
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Die als Backup genutzten Rubidium Uhren
arbeiten mit verdampftem Rubidium.
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Ihre „Ungenauigkeit“ beläuft sich auf
eine Sekunde in 760 000 Jahren.
In-Orbit-Validierungsphase IOV
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4 GALILEO-Satelliten die den späteren Serientyp entsprechen, werden mit
zwei Doppelstarts 2007/08 in den Weltraum befördert.
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Es werden zwei Satelliten in der Bahnebene 1, und zwei in der
Bahnebene 2 Platz finden.
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Dabei wird das grundlegende
Weltraumsegment als auch das
Bodensegment überprüft.
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Zur Validierung gehört eine
Analyse der Systemleistung, um
nötige Verbesserungen rechtzeitig
einführen zu können.
Errichtungsphase
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Nach dem erbrachten Leistungsnachweis erfolgt der
zügige Aufbau des Gesamtsystems in allen drei
Bahnebenen.
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Die Satelliten werden mit Raketen des Typs Ariane 5
gestartet, den nur sie kann bis zu 8 Satelliten in die
Umlaufbahn befördern.
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Bis 2010 wird auch das Bodensegment fertig ausgebaut
sein, so dass der Regelbetrieb begonnen werden kann.
Funktionsprinzip
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Die Raumflugkörper senden verschlüsselte Signale, über den
Sendezeitpunkt und die genauen Bahndaten der Satelliten, an das
Empfangsgerät auf der Erde.
Funktionsprinzip
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Das Empfangsgerät das z.B. im PKW oder Mobiletelefon
untergebracht ist, besitzt einen Speicher für die übertragenen
genauen Koordinaten der jeweiligen Satellitenumlaufbahn.
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Beim Empfang eines Signals, kann der Satellit die Laufzeit und die
Entfernung zum Sendesatelliten berechnen.
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Mit der gleichen Funktionsweise müssen mindestens vier Satelliten
empfangen werden um eine genaue Positionsbestimmung zu
ermöglichen.
Funktionsprinzip
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Warum vier Satelliten?
Man benötigt drei Satelliten für die räumliche Bestimmung.
Einen vierten um den Uhrenfehler des Empfängers auszugleichen,
da dieser keine hochpräzise Uhr besitzt.
Die Architektur des GALILEOSystems
GALILEO-System
Weltraumsegment
(Satelliten)
Kontrollzentrum in
Fucino (Italien)
Bodensegment
(Bodeneinrichtungen)
Kontrollzentrum in
Oberpfaffenhofen (Deutschland)
Das Weltraumsegment
(Space Segment)
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Bei Vollständigem Aufbau 30 Satelliten
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Mit terrestrischen Kontrollsegment wird eine globale
Abdeckung garantiert.
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Gleichmäßig auf 3 kreisförmigen Bahnebenen in
ca. 23600km Höhe verteilt.
Das Weltraumsegment
(Space Segment)
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Die Bahnneigung der Ebenen zum Äquator beträgt 56 Grad.
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Auf jeder Ebene befinden sich neun jeweils um 40 Grad versetzt
fliegende Satelliten.
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Der Zehnte wird als Reserve in der jeweiligen Bahnebene
vorgehalten.
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Die Abweichung eines Satelliten darf höchstens 2 Grad
(ca. 1000km) betragen.
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Mit dieser Konstellation sind stets mindestens vier,
in der Regel sechs bis acht, Satelliten zur Verfügung.
Das Weltraumsegment
(Space Segment)
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Die extrem hohe Umlaufbahn wurde bedacht gewählt.
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Dadurch haben die Satelliten eine geringe
Winkelgeschwindigkeit, was eine längere Sichtbarkeit
über den Erdhorizont bedeutet.
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Außerdem treten keine störenden Wechselwirkungen mit
der Erdatmosphäre auf.
Das Bodensegment
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Sind alle Einrichtungen auf der Erde z.B. Kontrollzentren
sowie Bodenstationen, die die Funktionalität und die
Qualität der Informationen gewährleisten.
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Den Kern bilden zwei GALILEO-Kontrollzentren in
Oberpfaffenhofen (Deutschland) und in Fucino (Italien).

Von Deutschland wird der Regelbetrieb der 30 SatellitenKonstellationen sichergestellt

Das Zentrum in Italien hat eigene Aufgaben für den
Regelbetrieb und fungiert bei auftretenden Problemen
als „Backup-Einrichtung“.
Das Bodensegment
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Positionierung der 30 Satelliten
durch:
-
das Europäische Satellitenkontrollzentrum ESA
und das französische Raumfahrtzentrum CNES
zu gleichen Anteilen.
Aufgaben eines Kontrollzentrums
GALILEO Kontrollzentrum
Ground Control Segment
(GCS)
Ground Mission Segment
(GMS)
GALILEO Sensor Stations (GSS)
GALILEO Uplink-Stations
Ground Control Segment

Ist für die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit und für die
korrekten Umlaufbahnen der Satelliten verantwortlich.

Es gibt 5 global verteilte Satelliten-Kontrollstationen, die
mit einer 13 Meter Antenne ausgestattet sind und
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die im S-Band (2,6 – 3.95 GHz) wechselseitig Daten
über Zustand der Raumflugkörper empfangen und
Kommandos senden.
Ground Mission Segment (GMS)

Ist für die Lieferung korrekter Navigationssignale
und die Überwachung der Integrität
verantwortlich.

Das Navigationssignal setzt sich aus der Zeit der
Atomuhr, den Orbitdaten des Satelliten und
Integritätsinformationen zusammen.
Ground Mission Segment (GMS)

Zur Ermittlung der Daten werden über ein Netzwerk von 40
Ground Sensor Stations (GSS) die Signale aller Satelliten im
L-Band (1-2,6 GHz) erfasst.
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Diese Daten werden zum Ground Mission Segment (GMS)
gesendet und mit weiteren Informationen (Zeitsignal der
Bodenstationen, Ionosphärendaten) die neuen Orbitdaten der
Satelliten ermittelt.

Abgleich aller Borduhren mit der Uhr der Kontrollstation
Eine Vorhersage der Bahnverläufe für die nächsten Stunden
Die Bewertung der Integrität aller Satellitensignale.


Ground Mission Segment (GMS)

Die Berechnungen werden alle 10 Minuten durchgeführt.

Über 9 Uplink-Stations (ULS) mittels 3 Meter Antennen im C-Band
(3,95 – 5,8 GHz) werden die Ergebnisse zu den Satelliten
übertragen. Damit diese wieder über korrekte
Navigationsinformationen verfügen.
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Weitere Einrichtungen steuern Schnittstellen zu externen Diensten
und sorgen für die Sicherheit der übertragenen Daten.
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Zwei zusätzliche Offline-Facilities in Frankreich und Spanien
unterstützen hierbei mit der Bereitstellung von Mess- und
Prüfmöglichkeiten die Anwendungsentwicklung.
GALILEO-Dienste
GALILEO-Dienste

Mit 5 speziellen Diensten werden alle Regionen
der Welt rund um die Uhr bedient.
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Der offene Dienst (Open Service, OS)
Der kommerzielle Dienst (Commercial Service, CS)
Der sicherheitskritische Dienst (Safety of Life Service,
SoL)
Der öffentliche regulierte Dienst (Public Regulated
Service, PRS)
Der Such- und Rettungsdienst (Search and Rescue,
SAR)
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Der offene Dienst (Open Service, OS)
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Eine Kombination offener Signale, die vom
Nutzer gebührenfrei empfangen werden und die
Genauigkeit der Standort- und Zeitbestimmung
verbessert.
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Auf der Basis von OS werden Dienste von
allgemeinem Interesse zu Ortungs-,
Navigations- und Zeitsynchronisationszwecken
aufgebaut.
Der kommerzielle Dienst (Commercial
Service, CS)

Gebührenpflichtiger Dienst
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Bietet Zusatzinformationen für professionelle
Endanwender
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Begrenzte Übertragungskapazität für
Nachrichten (500bps bzw. bits pro sek)

z.B. im Vermessungswesen,
Flottenmanagement und Netzsynchronisation
Der sicherheitskritische Dienst
(Safety of Life Service, SoL)

Weltweit verfügbarer, verschlüsselter Dienst

Für Nutzergruppen, bei denen die garantierte
Genauigkeit wesentlich sind.

Für Kontinuität wird Garantie gegeben.
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z.B. im Verkehrswesen wie Luft- und Schifffahrt.
Der öffentliche regulierte Dienst
(Public Regulated Service, PRS)

Ist ein zugriffsgeschützter, verschlüsselter und
störresistenter Dienst für staatliche Zwecke

Er dient hoheitlichen Aufgaben der EU-Staaten
und muss ständig in Betrieb sein.

Wesentlicher Faktor ist die Signalstabilität gegen
Störsender.

z.B. für Polizei, Zoll und Sicherheitsorgane
Der Such- und Rettungsdienst
(Search and Rescue, SAR)

Ermöglicht Empfang von Notrufen weltweit in
Echtzeit.
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Exakte Positionsbestimmung der
Warnmeldungen mit Genauigkeit auf wenige
Meter.

Ermöglicht auch Rückmeldungen an die
Geschädigten.
Quellen
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www.esa.int

www.wissenschaft-online.de

www.ulrich-stockmann.de
Copyright (c) Bernd Hubert

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