„GALILEO meets Geodesy“ · De r Safety of Life Service bietet für sicherh eitskritische Anwendun gen bei-spielsweisea usdenBere ichenLuftfahrt un d Schifffahrt ein en Positionierun

Jürgen Rüffer und Julia Hemmert, Hannover

„„GGAALLIILLEEOOmmeeeettss GGeeooddeessyy““Was bringt uns GALILEO für die GNS-Anwendung in der Geodäsie

552200 DDeerr VVeerrmmeessssuunnggssiinnggeenniieeuurr 66//0055 l „„GGAALLIILLEEOOmmeeeettss GGeeooddeessyy““

AbstractGALILEO wird die Welt der Geodäsie ähn-lich dramatisch verändern wie GPS zuBeginn der 80er Jahre. Anwendungen vonGNS-Verfahren werden ab 2010 zu mehrals 90% die Vermessung dominieren, anOrtenmöglich sein, an denen derGPS-Ein-satz bisher undenkbar war und neue Ver-fahren und Empfänger-Techniken werdenentstehen.Die ALLSAT aus Hannover ist aufgrundihrer inzwischen 14-jährigen Präsenz alseinziges deutsches Unternehmen sowohlim Bereich der professionellen Anwen-dungen desGALILEOals auchmit der Ent-wicklung professioneller GALILEO+GPS-Empfänger imRahmen des 6. Forschungs-rahmenprogramms der EU mit 2-jährigenForschungs- und Entwicklungsaufgabenbetraut worden.Einer der beiden Autoren hat als einerder Pioniere der GPS-Anwendungen inDeutschland seit der zweiten Hälfte der70er Jahre Erfahrungen mit dem Einzugdes GPS in die Geodäsie gesammelt undweiß um das Potenzial, das mit der Ver-fügbarkeit von neuen GNS-Systemen und-Verfahren entstehen wird. Dies fand be-reits Eingang in Ausgabe 5/1998 „Der Ver-messungsingenieur“ mit einem Beitrag zurKombination von GPS und GLONASS.Der Beitrag soll einen Einblick in die Be-sonderheiten des GALILEO-Systems undeinen Ausblick auf die vielfältigen neuenAnwendungsmöglichkeiten kombinierterGNS-Empfänger mit GALILEO und GPSund GLONASS geben. Zukünftig wirddann nur noch vom GNS, dem GlobalNavigation System gesprochen werden.Dies wollen wir im Folgenden dieses Bei-trags bereits so benutzen.

EinleitungDas neueSatellitennavigationssystemGALI-LEO ist die europäischeAntwort auf die zweibereits bestehenden Satellitennavigations-systeme GPS und GLONASS, die inzwi-schen sowohl in der Geodäsie als auch inder Navigation und dem allgemeinen All-tagsgeschehen nicht mehr wegzudenkensind. Satellitennavigationssysteme haben

sich im Laufe der Zeit zu einem nahezu uni-versell einsetzbaren Werkzeug für dieBestimmung von Position, Geschwindigkeitund auch der Zeit entwickelt. Sowohl GPSals auch GLONASS werden von militäri-schen Organisationen betrieben und könnendemnach keine Garantie für eine ständigeVerfügbarkeit der Satellitensignale für zivileAnwendungen geben. Da sich die Einsatz-gebiete der Satellitennavigation in den letz-ten Jahren in der Form erweitert haben, dasssie aus vielen Prozessen nicht mehr wegzu-denken ist, soll das zivile Satellitennaviga-tionssystem GALILEO bestmöglich dasinzwischen stark angewachsene Anwen-dungsspektrum hinsichtlich der unterschied-lichsten Anforderungen abdecken und auchdie bereits bestehenden Systeme ergänzen.

SystembeschreibungGALILEO ist ein ziviles europäisches Satel-litennavigationssystem, welches von derEuropäischen Union (EU) und der Europäi-schen Weltraumagentur ESA gemeinsamentwickelt wird. Das System soll anschlie-ßend von einem Konzessionär betriebenwerden. Die EU vertritt die politisch rele-vanten Aspekte und ist für die Festlegungder das System betreffenden Ziele undZeitpläne zuständig. Die ESA übernimmtdie technische Planung, die Entwicklungund auch die Validierung des Systems. DasGalileo Joint Undertaking (GJU)dient in dermomentanen Phase der Sicherstellung derEntwicklung und hat nach einer langen Ver-handlungsphase den zukünftigen kommer-ziellen Betreiber des Systems, den Kon-zessionär, ausgewählt. Seit dem 27. Juni2005 steht fest, dass der zukünftige Kon-zessionär aus einer Fusion der KonsortienEurely und iNavSat bestehen wird. DieGründungsmitglieder von Eurely und iNav-Sat sind die Firmen AENA, Alcatel, EADS,Finmeccanica, Hispasat, Inmarsat undThales. Zu diesem Konsortium ist inzwi-schen auch die Deutsche Telekom ge-stoßen. Der Konzessionär erhält für eineDauer von 20 Jahren die Vermarktungs-rechte für das System. Eine Vertragsunter-zeichnung durch die EU ist Ende diesesJahres vorgesehen.

Politisch gesehen ist das System einSchritt zur europäischen Unabhängig-keit von den USA. Technisch gesehenwird GALILEO eine uneingeschränkteOperabilität garantieren, so dass inZukunft auch sicherheitskritische An-wendungen die Verfahren der Satelliten-navigation nutzen können. Zusätzlichbietet das System im Vergleich zum der-zeitigen GPS-Standard eine Verbesse-rung hinsichtlich der Kriterien Verfüg-barkeit, Genauigkeit, Zuverlässigkeit undIntegrität.Durch die Wahl einer für Europa günstigenSatellitenkonfiguration kann in Zukunftauch in den nördlichsten Teilen Europasmit einer hohen Satellitenverfügbarkeitgearbeitet werden, in denen die alleinigeAbdeckung mit GPS-Satelliten nichtimmer zu einer zufriedenstellenden Posi-tionslösung führen kann. Um eine optimaleVerfügbarkeit erreichen zu können, wirdeine Interoperabilität des Systems mitGPS und GLONASS garantiert, so dassmit kombinierten GPS+GLONASS+GALI-LEO–Empfängern auch in bisher schwieri-gen Gebieten eine zuverlässige Positions-lösung erreicht werden kann.

FunktionsweiseDas Galileo Raumsegment besteht aus 30(27 + 3 Ersatz) GALILEO-Satelliten, diezukünftig auf 3 Bahnebenen in einer Höhe

Bild 1: Galileo Konstellation Foto: ESA

520_526_VI _6_05_Hemmer t 05. 12. 2005 9: 01 Uhr Sei t e 520

von 23.222 km die Erde umkreisen. DieErdumlaufzeit eines Satelliten liegt somitbei ~14 Stunden, so dass sich bei GALI-LEO im Gegensatz zur täglich gleich blei-benden GPS-Konstellation und der nurannähernd 12-stündig wiederkehrendenGLONASS-Konstellation deutlich unter-schiedliche Satellitenkonfigurationen zuverschiedenen Tageszeiten ergeben. Eineidentische Satellitenkonfiguration wird erstnach 10 Tagen erreicht, so dass GALILEOgerade für verschiedene geophysikalischeForschungsvorhaben, z.B. Erdrotationsbe-stimmung und Ermittlung der Polbewegun-gen, neue Möglichkeiten bietet. Bedingtdurch eine Inklination von 56° können auchdie nördlichsten Bereiche Europas gut ab-gedeckt werden.Die Satelliten haben eine Lebensdauervon ca. 12 Jahren und sollen mit nur 6Raketenstarts auf ihren Umlauf-bahnen im All positioniert wer-den. Mit 3 Ariane-5-Raketenwerden jeweils 8 Satelliten insAll geschossen, die restlichen 6Satelliten werden mit insgesamt3 Sojuz-Raketen ins All beför-dert. Die Satelliten haben eineGröße von 2,7 x 1,2 x 1,1 m undwiegen jeweils 700 kg.Inzwischen wurden die erstenzwei Testsatelliten (GSTB-V2/Aund GSTB-V2/B) fertiggestellt.Der GSTB-V2/A wird von derESTEC (European Space Re-search and Technology Centre)letzten Tests am Boden unterzo-gen und mit der für die Funktio-nalität notwendigen Nutzlastausgestattet, bevor er voraus-sichtlich am 28. Dezember 2005

in den Orbit geschossen wird. Die Lebens-dauer der kleinen Testsatelliten beträgtetwa 2 Jahre.Das GALILEO-Bodensegment bestehtaus 2 Kontrollzentren, 9 Uplink-Stationen,5 TT&C-Stationen sowie ca. 40 überall aufder Welt verteilten Sensorstationen. DieAnzahl der Sensorstationen ist noch nichtendgültig definiert, da sie sich aus dennoch nicht abgeschlossenen Überlegun-gen zu Integritäts- und Kontinuitätsanfor-derungen ergeben wird. Je höher dieseAnforderungen definiert werden, destomehr Sensorstationen sind notwendig, umauch beim Ausfall mehrerer Stationen nocheinwandfrei funktionierende Dienste be-reitstellen zu können. Die zwei redundantausgelegten Kontrollzentren dienen zurSteuerung jeglicher Elemente, wie bei-spielsweise der Satellitenbahnen und der

Synchronisation der Atomuhren in denSatelliten. Die weltweit installierten Sensor-stationen dienen zur Qualitätssicherungder Signale sowie der Satellitenbahnen.Die Uplink-Stationen führen zukünftig dieAufdatierung der Navigationsdaten fürjeden einzelnen GALILEO-Satelliten (unteranderem die genaueren Bahndaten derSatelliten sowie die satellitenspezifischenZeitoffsets zur Gesamtsystemzeit) durch.Damit dienen sie auch zur Steuerung desGesamtsystems auf Basis der Berechnun-gen aus den Kontrollzentren.

Signale und FrequenzenInsgesamt können mit GALILEO zehnverschiedene Signale auf unterschiedlichenFrequenzbändern übertragen und von denunterschiedlichen Diensten verwendetwerden. Die Frequenzbänder liegen inunmittelbarer Nähe zu den von GPS undauch GLONASS genutzten Frequenz-bändern L1 und L2. Die Signale liegenin den Frequenzbändern E5a und E5b(1164–1215 MHz), E6 (1215–1300 MHz)und dem E2–L1–E1-Band (1559–1592MHz). Den Signalen sind sowohl ver-schiedene Codes zur Streckenmessungals auch die zur Positionierung notwen-digen Navigationsdaten aufmoduliert, dieneben vielen weiteren Informationen dieBahndaten der Satelliten enthalten. Jenach Dienst sind zusätzlich auch Inte-gritäts- und Genauigkeitsinformationen inder Navigationsnachricht enthalten.

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Bild 4: Bodensegment Galileo, Bild: EADS Astrium

Bild 3: Launch Testsatellit (Foto: ESA)Bild 2: Launch Testsatellit (Foto: ESA)


ServicesMit GALILEO sind zukünftig fünf verschie-dene Dienste für jegliche Anwendungenaus dem Bereich GNSverfügbar. DieDiens-te gliedern sich in den Open Service (OS),den Commercial Service (CS), den Safetyof Life Service (SoL), den Public RegulatedService (PRS) und den Search and RescueService (SAR) und wurden speziell für dieAnforderungen der unterschiedlichstenNutzergruppen konzipiert.

Zusammenstellung der DiensteDer Open Service ist ein offener undkostenloser Dienst, der entsprechend demzivil zugänglichen Teil des GPS dieOrtungssignale und Navigationsdaten fürMassenanwendungen zur Verfügung stellt.Ein wesentlicher Unterschied zu den bis-herigen satellitenbasierten Navigations-systemen liegt in einer verbesserten Sig-nalqualität und dadurch einem erhöhtenGrad an Zuverlässigkeit, Genauigkeit undVerfügbarkeit (siehe separate Tabelle zurBegriffserläuterung). Für Anwendungen,die keine besonderen Anforderungen hin-sichtlich Integrität und Kontinuität erfüllenmüssen, liefert dieser kostenlose Dienst

Positions-, Geschwindigkeits- und Zeitan-gaben und entspricht damit am ehestenden bisher zivil genutzten Möglichkeitendes GPS in der Vermessung. MöglicheAnwendungen sind im Bereich Autonavi-gation, Flottenmanagement, LocationBased Services oder auch der Synchroni-sation von Netzwerken zu finden. Der OpenService wird sicherlich in Form von DGNS-Verfahren auch ein großes Anwendungsge-biet im Feld der Geodäsie finden.Der Open Service ist auf zwei separatenFrequenzen gelagert (E5a+E5b und E2-L1-E1), dies bietet die Möglichkeit, durch diegleichzeitige Nutzung beider Frequenzender Signale ionosphärische Fehlereinflüssebesser als mit GPS oder GLONASS zu eli-minieren. Die günstigste Kombination istdie gleichzeitige Nutzung der FrequenzenE5a und E2-L1-E1, andere Kombinationenführen zu einem höheren Rauschen. JedeNavigationsfrequenz enthält zwei Code-Signale. Der erste Code enthält Naviga-tionsdaten, der zweite Code ist datenfreiund dient zur Steigerung der Genauigkeitund Robustheit der Messungen. Für diesenDienst wird es keine Service-Garantiegeben. Werden GALILEO-Zweifrequenz-

empfänger verwendet, kann die erreich-bare Positionsgenauigkeit von 15 m (Ein-frequenz) auf 4 m horizontal und von 35 m(Einfrequenz) auf 8 m vertikal gesteigertwerden. Die Genauigkeitssteigerung dereinfachen Positionierung im Vergleich zurPositionierung mit GPS ist bedingt durcheine präzisere Bestimmung der Satelliten-bahnen und eine häufigere Aufdatierungvon Bahndaten und Satellitenuhrparame-tern.DerCommercial Service ist die Grundlagefür diverse professionelle oder Business-Anwendungen. Er bietet ein im Vergleichzum Open Service höheres Leistungs-potenzial durch die Verwendung zweierzusätzlicher Signale, die einen höherenDatendurchsatz und eine Verbesserungder Genauigkeit herbeiführen können. DerCommercial Service nutzt zusätzlich zuden zwei Frequenzen des Open Servicezwei weitere verschlüsselte Signale aufdem E6-Band. Neben der Übertragung vonNavigationsdaten besteht hiermit die Mög-lichkeit, auch spezifische Nachrichten andie Nutzer zu übertragen, wie beispiels-weise Korrekturdaten zur präzisen Positio-nierung. Der Commercial Service soll andie Anforderungen und den Bedarf derspezifischen Nutzergruppen angepasstwerden. Um den Dienst nutzen zu können,ist eine Zugangsberechtigung durch denKonzessionär notwendig. Gerade fürAnwendungen, die eine hohe Zuverlässig-keit und eine Integritätsinformation benöti-gen, ist der Commercial Service sehr gutgeeignet.Im Commercial Service sollen lokal Posi-tionsgenauigkeiten im Bereich von 10 cmbis zu 1 m erreicht werden können, so dasser eine Vielzahl von Navigationsanwen-dungen abdecken kann.


TTaabbeellllee 11:: ZZuussaammmmeennsstteelllluunngg ddeerr DDiieennssttee

Open Commercial Public Regulated Safety of Life SARService (OS) Service (CS) Service (PRS) Service (SoL)

Abdeckung Global Global Lokal Global Lokal Global Global

Genauigkeit

- 2 Frequenz 4 m / 8 m 1 m 10 cm 6,5 m / 12 m 1 m 4–6 m < 10 m

- 1 Frequenz 15 m / 35 m (DGNS) (DGNS)(1 Freq.)

Verfügbarkeit 99,8% 99,8% 99–99,9% 99,8% 99%

Integrität Keine Im Mehrwertdienst JA JA –enthalten

Bild 5: GALILEO-Signalstruktur


Der Safety of Life Service bietet fürsicherheitskritische Anwendungen bei-spielsweise aus den Bereichen Luftfahrtund Schifffahrt einen Positionierungs-dienst mit einer gewährleisteten Kontinu-ität und Integrität. Hinsichtlich Genauig-keit und Zuverlässigkeit entspricht erdem Open Service. Der Dienst istweltweit lückenlos verfügbar und liegtauf den Frequenzbändern E5a+E5b undL1 (E2). Er gliedert sich in zwei Niveau-stufen:die kritische Niveaustufe für sicherheits-kritische Anwendungen, wie beispielweiseder Landeanflug im Luftverkehr, und dieeinfache Niveaustufe, die für die maritimeSchifffahrt ausreichend ist. Der Servicezeichnet sich durch eine Alarmfunktionaus, die ausgehend von einer kontinuier-lichen Integritätsüberprüfung den Nutzeralarmiert, wenn die geforderten Genauig-keitskriterien (Tabelle 3) nicht gewährleistetwerden können.Der Search and Rescue Service ist dereuropäische Beitrag zum internationalenSuch- und Rettungsdienst COSPAS-SARSAT und zeichnet sich durch einebidirektionale Kommunikation zwischenSatellitennavigationssystem und Nutzeraus. Mit Hilfe dieses Dienstes kann über-all auf der Erde die genaue Ortsangabeeines einkommenden Notrufes ermitteltwerden und dem Notrufenden zusätzlichder Eingang seines Notrufes in der Zen-trale bestätigt werden.Der Public Regulated Service ist einverschlüsselter Dienst, der sich durch einebesondere Robustheit und Stabilitätgegenüber Störungen und Interferenzenauszeichnet. Er ist speziell auf die Er-fordernisse von öffentlichen Einrich-tungen aus den Bereichen Zivilschutz und(inter-)nationaler Sicherheit angepasst,die auch in Krisenzeiten auf die Verfüg-barkeit des Dienstes angewiesen sind.Er ermöglicht eine präzise Positionierungund Zeitsynchronisation für diese spe-ziellen Nutzergruppen. Der PRS ist auf 2Frequenzen mit sehr großer Bandbreitegelagert (E6-Band und E2-L1-E1-Band),die von den anderen Diensten nichtgenutzt werden. Sowohl die Code- alsauch die Datensignale des PRS werdenverschlüsselt übertragen. Der Zugang zudiesem Dienst wird durch zivile Stellenkontrolliert.

Positionierung und Navigation mitGPS + GLONASS + GALILEODa die drei zukünftig verfügbaren Satelli-tennavigationssysteme GALILEO, GPSund auch GLONASS interoperabel seinwerden, stehen mehr als 80 Satelliten mitmindestens drei verschiedenen Frequenz-bändern für diverse Positionierungs- undNavigationsanwendungen zur Verfügung.Dieses führt zu einer starken Erhöhung derVerfügbarkeit, so dass zukünftig auch inBereichen, in denen unter alleiniger Ver-wendung von GPS-Verfahren keine Mes-sung möglich ist, eine zuverlässige undauch genaue Positionierung durchführbarsein wird, wie dies bereits Ende der 90erJahre mit einem nahezu vollständigenGLONASS-System möglich war und mitdem weiteren Ausbau von GLONASS auf18 verfügbare Satelliten in 2007 bereitswieder erkennbar sein wird. Die hoheSatellitenverfügbarkeit führt zu einer ver-besserten Satellitengeometrie auch in starkabgeschatteten Gebieten, die sich un-mittelbar in der Berechnung des HDOPsniederschlägt und somit auch einen direk-ten Einfluss auf die Genauigkeit und auchdie Zuverlässigkeit hat.

Die Bilder 6 und 7 zeigen eine Simulationder sich aus der Satellitengeometrie abge-leiteten HDOPs unter einer Elevationsmas-ke von 30°. Eine Elevationsmaske von 30°spiegelt die Satellitensichtbarkeit in urba-nen Gebieten sehr gut wider. Bild 6 wirdaus der alleinigen GPS-Messung abgelei-tet. Deutlich zu erkennen ist gerade in dennördlichen und südlichen Breiten ein HDOPschlechter als 10. Dieses bedeutet, dasseine Messung mit GPS nur mit verminder-ter Genauigkeit und zeitlich eingeschränktdurchzuführen ist. Zieht man zum VergleichBild 7 hinzu (GPS+GALILEO), sieht maneine deutliche Verbesserung des HDOPs.Dieser DOP-Faktor bleibt immer kleiner als1,5, so dass die Messung mit hoherGenauigkeit auf der kompletten Erdober-fläche möglich ist, auch wenn starkeAbschattungen bei einer Elevation bis zu30° vorliegen.DieDOP-Faktoren lassen sich aus der Satel-litengeometrie berechnen und geben an, umwelchen Faktor sich der Positionsfehlergegenüber demFehler der gemessenenEnt-fernung erhöht. HDOP steht für HorizontalDilution of Precision und ist somit einMaßfürdie horizontale Positionsgenauigkeit.


TTaabbeellllee 22:: GGeeggeennüübbeerrsstteelllluunngg GGPPSS ++ GGLLOONNAASSSS ++ GGAALLIILLEEOO

GPS GLONASS GALILEOBeginn der Entwicklung 1973 1972 2001

1. Satellitenstart 27.06.1977 12.10.1982 Vor Ende 2005

Gesamtanzahl Satelliten 21 + 3 Ersatz 10/05: 14 aktiv 27 + 3 Ersatz

Bahnebenen 6 3 3

Inklination 55° 64,8° 56°

Bahnhöhe 20.180 km 19.100 km 23.222 km

Umlaufzeit 11h 58min 11h 15min ~14 h

Geodätisches Datum WGS 84 SGS 85 GTRFBroadcast Broadcast BroadcastEphemeriden Ephemeriden Ephemeriden

Zeitsystem GPS-Zeit GLONASS-Zeit GALILEO-Zeit (GST)

Zeitkorrektur UTCUSNO UTCSU GGTO

Signalcharakteristik Code- Frequenz- Code-Identifikation Identifikation Identifikation

Frequenzen L1, L2, (L5) L1, L2, (L5) E5a, E5b, E6, E2-L1-E1

Codes für jeden Satellit Identisch für alle für jeden Satellitverschieden Satelliten verschieden

Künstliche System- S/A bis Mai keine PRS-Signale werdenbeeinflussungen 2001 AS verschlüsselt

Vergleich GPS + GLONASS + GALILEOUm dieGemeinsamkeiten und Unterschiede der drei Satellitennavigationssysteme gegen-überzustellen, werden diese im Folgenden tabellarisch zusammengefasst:


Die DOP-Werte haben einen direktenEinfluss auf die Positionsgenauigkeit, sodass mit der Verwendung von Zwei-frequenz-Empfängern, mit denen dieionosphärischen Fehlereinflüsse eliminiertwerden können, auch in städtischen Berei-chen recht hohe Positionsgenauigkeitenaufgrund der besseren Geometrieverhält-nisse erreicht werden können.

AnwendungenGerade in der Vermessung ist die Ver-wendung von DGNS-Verfahren eine Vor-aussetzung zur präzisen Positionsbestim-mung. Für die präzise Positionierung mitZweifrequenzempfängern werden unter

Zuhilfenahme von Korrekturdaten inEchtzeit Lagegenauigkeiten von 1–2 cmerreicht. Voraussetzung hierfür ist jedochimmer eine freie Sicht zu mindestens 5Satelliten und eine sich in der Nähe befind-liche Referenzstation, bzw. ein Zugang zueinem Referenznetz, wodurch in stark ab-geschatteten Gebieten, hierzu zählen u.a.auch Häuserschluchten, derzeit i. d.R.noch mit herkömmlichen terrestrischenVerfahren gearbeitet werden muss. DieGenauigkeiten im cm-Bereich werdenauch mit GALILEO nur mit Hilfe von Re-ferenzstationen oder Referenzstations-diensten im DGNS-Verfahren erreicht wer-den können.

Gerade in diesem Bereichwird GALILEO einen nichtzu unterschätzenden Ein-fluss haben, der im Fol-genden näher erläutertwerden soll.Zunächst ermöglicht dieVerwendung von kombi-nierten GNS-Empfängerneine stark erhöhte Verfüg-barkeit von Satellitensig-nalen und damit einezuverlässige Positionierungauch in Häuserschluchten(urban canyons) und an-deren stark abgeschatte-ten Gebieten. Des Weite-ren ist unmittelbar mit derhöheren Signalstärke derGALILEO-Signale auch ei-ne erhöhte Empfangsqua-

lität gekoppelt, so dass auch schwächere(gestörte) Signale noch einwandfrei emp-fangen (getrackt) werden können. Bedingtdurch die Nutzung von zu GPS verschiede-nen Frequenzbändern kann zudem der Ein-fluss von Multipath-Effekten verringertwerden.Diese Effekte führen ebenso unweigerlichzu einer erhöhten Rate in der Mehrdeu-tigkeitslösung der Trägerphasen (hier bei-spielhaft für eine Basislinienlänge von 20km dargestellt), so dass auch über längereAbstände zu Referenzstationen und groß-räumige Referenzstationsnetze (>100 kmStationsabstand) eine präzise und zu-verlässige Koordinate ermittelt werdenkann.Bild 9 zeigt die Zuverlässigkeit der Mehr-deutigkeitslösungen (nur GPS) in Abhän-gigkeit von der Länge der Basislinie zwi-schen Referenzstation und Rover.Ab einer Basislinienlänge von ca. 10kmnimmt die Zuverlässigkeit ab und kannzu einem fehlerhaften Fixingverhaltenführen.Durch die Verwendung kombinierter GPS+GLONASS+GALILEO-Empfänger kannauchbei einer weiter entfernten Referenzstationdie präzise Positionslösung mit einerhöheren Zuverlässigkeit bestimmt werden.Diese Simulation zeigt, dass in Zukunftauch RTK-Messungen in weiträumigerenReferenzstationsnetzen möglich sein wer-den.Eine Steigerung der Genauigkeiten für dieRTK-Messung ist dagegen nicht zu erwar-ten. Für die klassischen Vermessungsan-


Bild 6: GPS HDOP

Bild 8: Positionsfehler GPS + GALILEO

Bild 7: GPS+GALILEO HDOP


wendungen sind Integritätsinformationeneher nebensächlich, da der Vermesserselbst die Qualität seiner Messungen mitHilfe geeigneter Prüfverfahren verifiziert.Nach diesen Überlegungen bietet sich fürdie Geodäsie die Verwendung der im OpenService von GALILEO übertragenen Sig-nale zusätzlich zu den GPS- und GLO-NASS-Signalen an.Ein großes Anwendungsspektrum vonGNS-Verfahren ist im kommerziellen(Business-)Bereich zu finden. Hier werdenverschiedenste Ansprüche an das Systemgestellt, angefangen bei der präzisenGNS-Zeitinformation zur Synchronisationumfangreicher Computer- und Über-wachungs-Netzwerke über die automati-sche Steuerung von Baumaschinen bis hinzur Navigation von hubschraubergetra-genen Multisensorsystemen über Erdgas-leitungen. Für viele dieser Verfahrenbesteht die Notwendigkeit, die Zuverläs-sigkeit von GNS-Informationen in Echtzeitzu kennen. Fehler im System müssenerkannt werden und direkt in Form vonAlarmmeldungen an die Nutzer weiterge-geben werden. Diese Informationen kön-nen in Zukunft aus der im kommerziellenDienst zur Verfügung gestellten Integritäts-information gezogen werden. Die Inte-gritätsinformation erweitert das GNS-An-wendungsspektrum somit auch in sicher-heitskritische Bereiche hinein, in denen diebisher verfügbaren GPS-Verfahren nichteingesetzt werden durften.

Die GALILEO Testumgebung GATEDie GALILEO Test- und Entwicklungsum-gebung GATE wird von einem Konsortiumaus Industrie, Forschungseinrichtungenund Hochschulinstituten entwickelt und

Septentrio einen ersten kombiniertenGPS/GALILEO-Empfänger entwickelt, derderzeit nur für Forschungszwecke alleverfügbaren GALILEO-Signale tracken undauch auswerten kann. Dieser ersteAllround-Empfänger lässt sich für dieVerwendung der verschiendenen Frequen-

zen und Frequenz-Kombinationen konfi-gurieren.Die kanadische Firma NovAtel hat denersten GPS und GALILEO L1/E5A Zwei-frequenz-Empfänger entwickelt. DieserEmpfänger kann zusätzlich zu den GPS-Signalen L1 und L2 auch die für den OpenService bereitgestellten Signale auf demE5a- und L1-Band tracken und dürfte dererste kombinierte Empfänger sein, der denklassischen Anforderungen im Vermes-sungsbereich genügt und am ehesten derheute verfügbaren Kombination von GPSund GLONASS entspricht.Die Receiverhersteller JAVAD und TOP-CON haben einen Chip entwickelt, der mitinsgesamt 72 Kanälen jedes zur Navigationund Positionierung verwendbare Signalaller drei zukünftig verfügbaren Satelliten-navigationssysteme GPS und GLONASSund GALILEO tracken und gemeinsam ver-arbeiten kann.


Bild 9: Zuverlässigkeit Fixing GPS Bild 10: Zuverlässigkeit Fixing GPS+GLONASS

Bild 11: Septentrio GPS/GALILEO-Empfänger(Foto: Septentrio)

aufgebaut. GATE soll ab Mitte 2006 allenEmpfänger- und Anwendungsentwicklernzur Verfügung stehen, damit diese mit Hilfesimulierter GALILEO-Signale die für diverseEntwicklungen notwendigen Tests durch-führen können. Der Betrieb der Test- undEntwicklungsumgebung ist zeitlich bis zurvollen Verfügbarkeit von GALILEO vor-gesehen. GATE besteht im Wesentlichenaus sechs Boden-Transmittern, die dasGALILEO-Signal in das GATE-Testgebietim Raum Berchtesgaden abstrahlen unddort von Anwendungsempfängern emp-fangen und verarbeitet werden können.Kern ist der so genannte „Virtual SatelliteMode“ Betriebsmodus. Dabei wird jederTransmitter individuell angesteuert, sodass ein Testempfänger im GATE-Testge-biet die Signale so empfängt, als würdensie von echten GALILEO-Satelliten im Orbitabgestrahlt, wodurch sehr realistischeTestszenarien simuliert werden können.Darüber hinaus sollen den verschiedenenAnwendungsentwicklern Testempfängerzur Verfügung gestellt werden, um neueAnwendungen zu entwickeln und zutesten.

Aktuelle Empfänger-Entw icklungen für GALILEOEnde 2005 soll der erste GALILEO-Satellitzur Sicherung der Frequenzen ins Allgeschossen werden, so dass ab diesemZeitpunkt die ersten GALILEO-Signale ausdem Orbit empfangen werden können.Hierzu werden entsprechende GALILEO-Empfänger benötigt. Derzeit sind verschie-dene Forschungseinrichtungen und auchEmpfänger-Hersteller mit dem Entwurf vonGALILEO-Empfängern beschäftigt.Beispielsweise hat die belgische Firma


Wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werdenkönnen diese Empfänger jedoch erst, wenndas Satellitennavigationsystem GALILEOmit einer nennenswerten Anzahl vonSatelliten zur Verfügung steht. Bis dahinwerden vermutlich auch alle anderen amMarkt vertretenen EmpfängerherstellerGPS+GLONASS+GALILEO-Empfänger ent-wickelt haben.

AusblickDie ALLSAT ist aktuell in Zusammenarbeitmit weiteren Institutionen an zwei GJU-For-schungsprojekten beteiligt. Das ProjektGIGA (Galileo Integrated GeoreferenceApplications)hat die Zielsetzung, die Satel-litennavigationstechnologie in die Prozesseder Energiewirtschaft einzuführen. Ein spe-zielles Augenmerk liegt hier auf der Ein-führung von GNS unter Berücksichtigungder heutigen Positionierungssysteme unddes zukünftig verfügbaren europäischenSystems GALILEO. In diesem Rahmen wirdeine Ermittlung und Analyse der relevantenProzesse und Anwendungen in der Ener-giewirtschaft und den vorhandenen Satelli-tenpositionierungstechnologien durchge-führt. Des Weiteren sollen die in diesemRahmen entwickelten Definitionen undMaßnahmen mit Hilfe von Veranstaltungenund in GIGA entwickelten Demonstratorenin der Branche der Energiewirtschaft be-kannt gemacht werden.Das Projekt SWIRLS unter Führung derFirma Septentrio hat zum Ziel, einen kom-binierten GPS/GALILEO-Empfänger fürprofessionelle Anwendungen im Open Ser-vice, z.B. die Vermessung zu entwickeln.Dieser Empfänger soll auch für die Anwen-dungen aus dem Bereich des CommercialService, u.a. für die präzise Navigationangepasst werden, die von einer höherenKontinuität und Verfügbarkeit von Satelli-tensignalen sowie den Integritätsinforma-tionen profitieren werden.Abschließend stellt sich die Frage nachdem heutigen Stand der Entwicklung desSatellitennavigationssystems GALILEO. DerStartschuss ist 2001 gefallen und leitetedie noch bis Ende 2005 andauernde Ent-wicklungs- und Validierungsphase ein, inder eine detaillierte Systemdefinition unddie Entwicklung der Satelliten und Kompo-nenten der Bodenstationen stattfindensollte. Sie wird mit dem Start des erstenGALILEO-Satelliten voraussichtlich Ende2005/Anfang 2006, spätestens jedoch im

Juni 2006 abgeschlossen sein müssen, dasonst die für GALILEO reservierten Fre-quenzen für andere Nutzer frei würden.Von 2006 bis mindestens 2007 wirddie Einrichtungsphase andauern, in derdie Konstruktion der 30 GALILEO-Sate-lliten und die Einrichtung der Boden-segmente stattfinden wird. Ursprünglichwar die kommerzielle Betriebsphasedes Systems wohl für das Jahr 2008angedacht, aktueller Stand ist, dass dievolle Operabilität des Systems erst imJahre 2010 verfügbar sein wird. Aber wiebereits mit dem GPS-System wird be-reits die Verfügbarkeit von 4–6 GALILEO-Satelliten die Phantasie der Vermesserbeflügeln und zur Verbreitung kombinier-ter GNS-Empfänger beitragen.Bis zur vollen Operabilität bleibt somit nochviel Zeit, in der jedoch bereits durchVerwendung von kombinierten GPS/GLO-NASS-Empfängern die Vorzüge derVerwendung zweier Satellitennavigations-systeme ausgenutzt werden können.

Genauigkeitskriterien

Literaturwww.esa.intwww.galileoju.comhttp://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/index_en.htm

www.septentrio.comwww.ifen.comwww.novatel.comLachapalle, Connon, Keefe, How w ill GalileoImprove Posititioning Performance?,GPSWorld 2/2002

Hollreiser, Sleewaegen, W ile, Falcone, Wilms,Galileo Test User Segment, GPSWorld 5/2002

Rüffer, Welche Vorteile bietet uns GLONASS fürdie Vermessung, Der Vermessungsingenieur5/1998

Schäfer, C., EADS Astrium, Galileo-Stand desProgramms und der Systemdefinition, Vortragauf der Intergeo 2004

Vollath, U. , Landau, H., GALILEO/ModernizedGPS: A New Challenge to Network RTK

AutorenDipl.-Ing. Jürgen RüfferDipl.-Ing. Julia HemmertALLSAT GmbHIngenieure für satellitengestützte Vermessungund ConsultingAm Hohen Ufer 3a, 30159 HannoverTel. 05 11-303 99-0, www.allsat.de


Genauigkeit (Accuracy) Maß für die Fähigkeit eines Systems mit einer definiertenSicherheitswahrscheinlichkeit innerhalb vorgegebenerFehlergrenzen zu arbeiten

Verfügbarkeit (Availability) Prozentzahl, die in Bezug auf eine Zeitperiode angibt, wieoft das System verfügbar ist

Zuverlässigkeit (Reliability) Prozentzahl, die angibt, wie lange von einem Systemerwartet werden kann, dass es die beabsichtigte Funktionmit der erforderlichen Genauigkeit ausführt

Integrität (Integrity) Fähigkeit eines Systems, den Nutzer rechtzeitig zu infor-mieren, wenn es nur eingeschränkt nutzbar ist

Verlag Chmielorz GmbH • Postfach 22 29 • 65012 Wiesbaden • Telefax (06 11) 30 13 03

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