Das europäische Satellitennavigationssystem

Galileo

René Kleeßen

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Forschungseinrichtung Raumfahrtmanagement Projektträger

Standorte und Personal

Über 8.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 33 Instituten und Einrichtungen in 16 Standorten.

Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington. Köln

Oberpfaffenhofen

Braunschweig

Göttingen

Berlin

Bonn

Neustrelitz

Weilheim

Bremen Trauen

Lampoldshausen

Hamburg

Stuttgart

Stade

Augsburg

Jülich

DLR Standort Bonn

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter : 680 (Projektträger)

250 (Raumfahrtmanagement) 30 (Projektträger Luftfahrtforschung)

Gebäudeflächen: 30.000 m² Dienstort Bonn – Oberkassel - Raumfahrtmanagement - DLR Projektträger - DLR Projektträger Luftfahrtforschung

Bonn-Oberkassel

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Erstellung der deutschen Raumfahrtplanung im Auftrag der Bundesregierung

Wahrnehmung deutscher Raumfahrtinteressen im internationalen Rahmen, insbesondere gegenüber der ESA

Aufträge und Zuwendungen für Raumfahrtprojekte im Nationalen Raumfahrtprogramm - von Beratung über Förderentscheidung bis zum Technologietransfer

Aufgaben DLR Raumfahrtmanagement

Finanzierung und Fördervolumen 2016 (Plan)

453

306

469

8801186

175

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Raumfahrtmanagement Projektträger Forschung und BetriebDeutsche ESA-Beiträge BMWi / BMVI Institutionelle Förderung FuENationales Raumfahrtprogramm inkl. Management Drittmittel FuEFörderprogramme DLR PT inkl. Management Luftfahrtforschungsprogramme PT inkl. Management

Alle Angaben in Mio. Euro, daher ggf. Rundungsdifferenzen

ohne Verrechnung von Querfinanzierungen

Galileo Galilei (1564 – 1642)

Satellitennavigation = P N T

Prinzip der Satellitennavigation

Beispiel Fußball: Wo genau befindet sich der Spieler?

Der Empfänger misst über Signallaufzeiten: 1. Entfernung zum 1. Satelliten 2. Entfernung zum 2. Satelliten 3. Entfernung zum 3. Satelliten 4. Exakte Uhrzeit vom 4. Satelliten Satelliten Atomuhren für extrem genaue Zeitmessung Signale enthalten Informationen zu Sendezeitpunkt, Bahndaten und Identität. 1 Milliardstel Sekunde entspricht 30 cm

Prinzip der Satellitennavigation

GPS II und ab ca. 2020 GPS III

Glonass (seit Ende 2011)

Galileo (seit 2016, Vollausbau bis 2020)

Beidou (ab ca. 2020 global)

Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS)

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seit 1980 ziviles GPS Signal, Genauigkeit künstlich verschlechtert auf ca. 100 m

1994 EU Ratsbeschluss zu GNSS 1 (EGNOS) und GNSS 2 (Galileo)

1995 ESA ARTES 9 Programm: Anfangsstudien, EGNOS Entwicklung, Galileo Systemdefinitionsstudien

1999 EU Galileo Missionsdefinitionsstudien

2000 US-Präsident Clinton hebt im Mai 2000 künstliche GPS Signal-Verschlechterung auf

2003 Beginn der ESA Galileo Entwicklungsphase bis 2013 (gemeinsame Finanzierung durch ESA und EU)

2004 Gründung der Europäischen GNSS Agentur (GSA)

2009 Übertrag EGNOS Eigentum von ESA an die EU

2014 - 2020 GNSS Verordnung 1285/2013 Gesetzgebungsakt zwischen EU-Rat, EU-Parlament, EU-KOM

Global Navigation Satellite System (GNSS)

EGNOS

• Erhöhung der Genauigkeit

• Berechnung der Integrität

• Zwei Kontrollzentren

• ca. 40 Bodenstationen

• Nachteil: alle Systeme

beruhen auf GPS

• EGNOS Version 3:

- zwei Frequenzen und

- Galileo wird integriert

- ca. ab 2020

GPS Ergänzungssysteme

EGNOS

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-Galileo Implementation Plan Galileo Aufbau

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TT&C Stationen

Mission Uplink

Stationen

Kontrollzentren

Galileo

Sensor Stationen

Konstellation

24+Reserve MEO Satelliten

Nutzer & Diensteanbieter

LEOP Zentren

IOT Zentrum

Galileo Systemarchitektur

-Erde

- Kreisförmige Umlaufbahn mit: - Bahnneigung 56° - Bahnhöhe 23.222 km≈2 Erd-Ø - Umlaufzeit 14,4 Stunden

56°

3 um 120° gedrehte Bahnebenen mit jeweils 10 Galileo Satelliten = vollständige Satellitenkonstellation

-Erde

Galileo System

Weltweite Galileo Bodenanlagen

Galileo Bodenzentren in Europa

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Kontrollzentrum in DEU / DLR Oberpfaffenhofen

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FOC

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2 4 6 8 10 12 14 18 22 26

IOV FOC

2011/2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Aufbau der Satellitenkonstellation

• Galileo Betrieb und Nutzung • EGNOS Betrieb und Nutzung • Sicherheitszulassung • Dienste/Märkte

• Galileo Aufbau • Galileo Unterstützung • EGNOS Unterstützung • GNSS Weiterentwicklung • ESA NAVISP (ab 2017)

Europäische GNSS Verwaltung

Delegationsabkommen zu

Galileo und EGNOS

Delegationsabkommen zu

Galileo, EGNOS, H2020

Arbeitsvereinbarungen zu

Galileo und EGNOS

• Politische Verantwortung • Programm-Manager • Finanzierung

• GSA Management: 163 Mio. • Galileo Nutzung: 2700 Mio. • EGNOS Nutzung: 1400 Mio.

• ESA Management: 422 Mio. • Galileo Aufbau = 1605 Mio. • EGNOS Unterstützung: über GSA • GNSS Weiterentwicklung: über H2020

Budget für GNSS (2014 – 2020)

• Galileo und EGNOS: 7125 Mio. € Delegationsabkommen Delegationsabkommen

Arbeitsvereinbarungen

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Offener Dienst

Kommerzieller Dienst

Such- und Rettungs- Dienst

kostenlos; Massenmarkt; Authentifikation

verschlüsselt; Hochgenau; Authentifikation

verschlüsselt; Im Krisenfall verfügbar

Echtzeit; hochgenau; Rückkanal

öffentlich regulierter Dienst

Galileo Dienste

… from 3 manufacturers adopting Galileo in 2010,

to 17 in 2016 representing more than the 95% of global supply …

AUTOMO TI VE

HIG H PRECISIO N

SMARTPHONES/MASS MARKET

UAVs

2016

2010

TIMING

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Galileo - nächste Generation

Signaldesign

Träger- systeme

Atomuhren

Datenüber- tragung Betriebs-

kosten

PRS

Satelliten- konstellation

Elektrische Antriebe

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Galileo - nächste Generation

Navigationsanwendungen

Verkehrsanwendungen

Landwirtschaft Rettungswesen

Standortbezogene Dienste

Energie, Telekom, Banken

Anwendungen und neue Dienste

• Testgebiete • Ghosthunter

Raumsegment und Nutzlast

• Technologien für Galileo 2. Generation • EGNOS Version 3

Innovative Navigationstechnologien

• Multi-Sensor - Technologien • übergangsfreie Navigation Outdoor - Indoor

PRS Technologieprogramm

• Empfänger • Anwendungen

Nationales Raumfahrtprogramm

Bildquellen: ESA, DLR

Hintergrund und Nutzen:

Server-Basierte Erweiterung der auf Outdoor-Einsatz beschränkten Satellitennavigation

metergenaue Navigation im Inneren großer Gebäude (Flughäfen, Museen, Krankenhäuser, Behörden, …)

keine Notwendigkeit von vor Ort gegebener Spezial-HW-Infrastruktur

verwendbar auf handelsüblichen Smartphones Nahtloser Übergang Outdoor-/Indoor-Navigation

NAVVIS - Navigation anhand visueller Informationen

Ergebnis: Schlüsseltechnologie Made in Germany für Navigationsanwendungen

Potenzial: Massenmarkt verschiedenster Navigationsanwendungen

GO! (Deutscher Galileo‐Empfänger für Bahn‐Anwendungen) Motivation:

Die Entwicklung eines Navigationsempfängers für Bahnanwendungen nahtlose Ankopplung der Empfängersoftware und ‐hardware an Zentrale Dienste Synthese von optimierten Kommunikations‐wegen zur Datenerfassung und –bereitstellung, modulare Service‐Architektur

Mögliches Anwendungsszenario: Autonomes angieren auf Güterbahnhöfen

Lösungen für die Überbrückung von

Abschattungseffekten und für eine gleisgenaue Positionierung:

o Berechnung von möglichen Bahntrajektorien,

o Einbindung von Kartenmaterial und Sensoren (IMU),

o Aussendung von Korrekturdaten über die Kommunikationsarchitektur

o Untersuchungen auch im Hinblick auf Jamming bzw. Spoofing der Navigationsnachricht

in dieser sicherheitskritischen Anwendung.

Anwendungen und Dienste

C2Land (Capability 2 Land)

Motivation: innovatives Bahnführungs‐ und Navigationskonzept für ein vollautomatisches Landesystem zu entwickelten und zu erproben, unter den Randbedingungen der kommerziellen Luftfahrt und unter Berücksichtigung zulassungstechnischer Aspekte

o Kernstück ist ein zentrales Monitoring‐, Datenfusions‐ und

Integritätsüberwachungssystem, welches Navigation‐, Regelung und Monitoring zu

einem integrierten Bahnführungssystem koppelt.

o Durch die zentrale Informationsverarbeitung kann die Zuverlässigkeit und

Verfügbarkeit des Gesamtsystems deutlich erhöht werden.

o Aufbau eines für Testflüge zugelassenen Demonstrators : die Funktionsfähigkeit

der Subsysteme Navigation, Bildverarbeitung, Anzeige und Kollisionserkennung

konnte bereits in Flugversuchen mit innovativen Technologien nachgewiesen

werden.

Anwendungen und Dienste

Galileo Nautic

Motivation: Lösung für die hohen Sicherheits‐ und Effizienz‐anforderungen in Häfen und begrenzten Revieren stellen vollautomatisierte und miteinander kooperierende Schiffe dar. durchgehendes Monitoring der Schiffsfunktionen, aktive Sicherheitssysteme, vorausschauende und fehlertolerante Schiffsregelungen, integre Kommunikationsnetzwerke und garantierte Systemverfügbarkeiten auch im Fehlerfall Hohe Verkehrsaufkommen Hohe Geschwindigkeiten

o Kooperative und vernetzte Navigation und Lokalisierung o koordinierte, kooperativen Manöverplanung o online Optimierung für Routen‐ und Manöverplanung o vollautonomer Schiffsbetrieb auf Einzelschiffebene o Integration zusätzlicher Sensorik o definiertes Protokoll zwischen den beteiligten Datennutzern

Anwendungen und Dienste

Ghosthunter

Motivation:

Pro Jahr ca. 2000 Geisterfahrer auf dt. Autobahnen und Bundesstraßen, dabei ca. 80 Unfälle Voraussetzungen definieren, unter denen es mit heutiger Technik möglich ist, Geisterfahrer auf Autobahnen zu detektieren und andere Verkehrsteilnehmer zu warnen automatisches Warnsystem soll in das europäische e Call System implementiert werden

o GNSS Empfänger und GNSS Ergänzungssysteme, zusätzliche Sensoren

und digitale Karte zu echtzeitfähigen Gesamtsystem koppeln. Diese Kopplung soll eine maximale Detektionswahrscheinlichkeit bei einer tolerierbaren Falschalarmwahrscheinlichkeit gewährleisten.

o Durchführung einer umfassenden Analyse des Gesamtsystems bzgl. Positionsgenauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität und Kontinuität

Anwendungen und Dienste

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• Es wird 4 globale Satellitennavigationssysteme geben.

• Galileo bietet seit Ende 2016 erste Dienste an!

• Vollständiger Ausbau von Galileo erfolgt bis 2020.

• Immer mehr Bereiche nutzen Satellitennavigation. Auch kritische Infrastrukturen.

GALILEO - Zusammenfassung

… besuchen Sie bitte die folgenden Seiten im Internet:

GALILEO – Für weitere Informationen…

NAVIPEDIA

GALILEO – Gibt es Fragen?

Alle Bildquellen: KOM/ESA