Ausgewähle Aspekte der geodätischen Nutzung des

europäischen Satelliten -navigationssystems Galileo

FGS Workshop 2013 • Forschungsgruppe Satellitengeodäs ie (FGS) • 24.–25. April 2013 • Bad Kötzting

navigationssystems Galileo

Torben Schüler

Geodätisches Observatorium WettzellBundesamt für Kartographie und Geodäsie

Ausgewähle Aspekte „Galileo“Inhaltliche Gliederung des Vortrags

� Mehrfrequenz-Verfahren: Nutzung durch System-Kombinationam Beispiel der Interoperabilität von GPS und Galileo� Übersicht: GPS L1+L5 und Galileo E1+E5a� Ergebnisse für ein simuliertes SAPOS-Subnetz

FGS Workshop 2013 • Forschungsgruppe Satellitengeodäs ie (FGS) • 24.–25. April 2013 • Bad Kötzting

� Einfrequenz-Verfahren: Nutzung von „Alleinstellungsmerkmalen“ des Galileo-Systems� Übersicht: Galileo E5 AltBOC-Signal� Stark reduzierte Mehrwege-Effekte� Ergebnisse

� Zusammenfassung, Ausblick

Übersicht: Galileo Signalspektrum

E5aE5a E1E1

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Interoperabilität mit GPS L1L1L5L5

GPS L2 (L2C): kein Signalpendant bei Galileo auf identischer Zentralfrequenz

Weiterhin verfügbare Galileo-Signale für die Mehrfrequenz-Positionierung:

Galileo E5b, E5 Breitbandsignal (frei) sowie E6 (kommerzieller Dienst)

Kombinierte GPS+Galileo Positionierungin „aktiven“ Referenznetzwerken

� Untersuchung der schnellen

präzisen Positionierung in

Teilnetzen von SAPOS

� Mehrdeutigkeitsfixierung nach

spätestens 45 sec (Geometrie-

basierter Ansatz)

� Atmosphärenfehler können

Wahrscheinlichkeit der korrekten

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Wahrscheinlichkeit der korrekten

Fixierung reduzieren.

� Was ändert sich bei der

Kombination von GPS

und Galileo?

� Weniger Referenz-

stationen bei gleicher

Leistung?

Ergebnisse am Beispiel der schnellenFixierung von Mehrdeutigkeiten

Netz - Basislinienlänge 193 km Szenario M VI

51,5

78,4

90,0 89,592,7

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

(starke Ionosphärenfehler)

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41,2

20,2

38,6

51,5

8,8

39,7

9,612,0

0,8

9,2

1,0

9,5

0,0

7,3

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

Korrekt f ixiert Falsch f ixiert Nicht f ixiert

%

GPS L1+ L2 GPS L1+ L2+ L5

GPS L1+ L5 und GALILEO E1+ E5a GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b

GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b+ E5ab GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b+ E5ab+ E6

Ausgewähle Aspekte „Galileo“Inhaltliche Gliederung des Vortrags

� Mehrfrequenz-Verfahren: Nutzung durch System-Kombinationam Beispiel der Interoperabilität von GPS und Galileo� Übersicht: GPS L1+L5 und Galileo E1+E5a� Ergebnisse für ein simuliertes SAPOS-Subnetz

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� Einfrequenz-Verfahren: Nutzung von „Alleinstellungsmerkmalen“ des Galileo-Systems� Übersicht: Galileo E5 AltBOC-Signal� Stark reduzierte Mehrwege-Effekte� Ergebnisse

� Zusammenfassung, Ausblick

Galileo E5 Breitband-Signalund BeiDou (Phase 3) B2 Signal

Galileo-Satellit - Phase FOC-1/IOC

Galileo wird neben den E1 und E6Signalen das E5 Breitbandsignal ab-strahlen; E5a und E5b sind sog.Unterträger („sub-carriers“) von E5.

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Beidou (China), Phase III

China wird das E5 Signalder Europäer für seine BeiDou MEO-Konstellationkopieren (dort B2 genannt).Warum?

Galileo E5 AltBOC SignalSignalspektrum und Mehrwege-Fehler

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� E5 AltBOC wird mitmehr als 90 MHzBandbreite abgestrahlt

� Mehrweg-Mitigation ist eine Funktion der Bandbreite und Modulation: E5 weist minimale Fehler im Vergleich zu allen anderen GNSS Signalen auf!

Datenverarbeitungsprinzip fürGalileo E5-Einfrequenz-Empfänger

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Additive Linearkombination von Kode-Streckenmessungen und Trägerphasen führtzur Elimination des Ionosphärenfehlers; Mehrdeutigkeitsterm ist zu lösen.

Ionosphärenmonitoring mit realen Einzelfrequenzmessungen

Galileo E1, GIOVE B Galileo E5 AltBOC, GIOVE B

SATELLITE SIGNAL STD.ABWEICHUNG–––––––––––––––––––––––––––––––––––GPS PRN4 L1 0.37 TECU

GIOVE-B E1 0.33 TECUE5a 0.26 TECUE5 0.13 TECU

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

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DemonstrationsbeispielErdbeben Japan – März 2011

Demonstration mit Hilfe von GNSS-Daten, die während des großen Japan-Erdbebens (Magnitude 9, Märch 2011) aufge-zeichnet durch. IGS Station bewusst USUD gewählt, weil diese Station “nur” um ca. 20 cm

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ca. 20 cm währenddes Erd-bebensversetztwurde.

Erdbeben Japan – März 2011GPS L1+L2 Trägerphasenlösung

Ionosphären-freie Träger-phasenlösung

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23 cm

phasenlösungmit echten GPSDaten.

Ca. 23 cmVerschiebung am Ende des Tages.

Erdbeben Japan – März 2011Galileo E5 Kode-/Trägerphasenlösung

Galileo E5Lösung unter Annahme einer

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Annahme einer vollen FOC-2 Konstellation (Walker, 27/3/1).

Verschiebung ist eindeutig ermittelbar.

Erdbeben Japan – März 2011GPS L1 Kode-/Trägerphasenlösung

GPS Einzel-Frequenz-Lösung unter Nutzung realer

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Nutzung realer GPS L1 Daten.

Beide Punkt-wolken über-lappen sichstark, keine signifikante Positionsänderung erkennbar.

Zusammenfassungund Ausblick

� Kode-Strecke könnte im Falle des E5 Breitbandsignals erstmals eine „geodätisch vollwertige“ Observable werden.

� Genauigkeiten (Streckenmessung) maßgeblich von der Mehrwege-Umgebung abhängig; gemäß Kanalmodell sind typischer Weise zwischen 4 und 30 cm zu erwarten.

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typischer Weise zwischen 4 und 30 cm zu erwarten.� Interessant für bestimmte Nischenanwendungen.� Gegenwärtig nur wirtschaftlich in höherwertigen Galileo-

Empfängern implementierbar:� Zusätzlicher Aufwand bei der Hardware in der Größenordnung

von 100 EUR.

� Somit scheidet der Massenmarkt im Wesentlichen aus.