Galileo – Technische Möglichkeiten

Galileo Applications Day

Wien, 02 Mai 2007

Prof. Dr.-Ing. Werner EnderleEuropean GNSS Supervisory Authority – GSA

Head of System Evolution

56, Rue de la LoiBE-1049 Brussels – Belgium

Tel: 00 32 2 298 0164E-mail: werner.enderle@ec.europa.eu

Überblick

• Überblick

• Einführung

• Galileo Services• Galileo Architektur

• Galileo Signale

• Galileo Receiver

• Galileo Anwendungen

• Galileo – Besonderheiten

• Zusammenfassung

1

• Galileo, eine EU Initiative

• Integraler Bestandteil einer neuen Transport Infrastruktur

• Unter Europäischer ziviler Kontrolle

• Galileo bietet primär Positions- und Zeitinformationen

• Globales Navigations Satelliten System

• Leistungsparameter, ähnlich denen des zukünftigen GPS

• Unabhängig von GPS, aber in der Lage zur Interoperabilität mit GPS• Vereinbahrung mit den USA im Juni 2004 (interoperability and

compatibility)

• Finanzierung von Galileo durch Privat Public PartnershipKonzept (PPP)

• Offen für Partner – Internationale Kooperation

Einführung - Galileo

2

Einführung – Motivation für Galileo

3

Politisch- Europäische Unabhängigkeit und Souveränität- Industriepolitik

Sozial- Neue und bessere Services- Verbesserungen im Bereich der Sicherheit bei Transportsystemen

- Vorteile für die Umwelt

Ökonomisch

- Anteilen an globalen Märkten- Globale Konkurrenzfähigkeit - Beschäftigung- Effizienz der Transport Industrie

Technologisch- Technologische Führungsposition für Europäische Industrie

- Untersuchung von Synergien-Effekten zwischen verschiedenen Technologien

• The European GNSS Supervisory Authority has been established by Council Regulation (EC) 1321/2004 of 12 July 2004 given the strategic nature of the European satellite positioning and navigation programmes and the need to ensure that essential public interests in this field are adequately defended and represented.

The Authority has been entrusted with the responsibility of, among other tasks:• Managing the European satellite navigation programmes (such as Galileo and EGNOS) and controlling the

use of the funds allocated to them; • Being the licensing authority vis-à-vis the private concession holder responsible for implementing and • managing the Galileo deployment and operation phases and ensuring that the concession holder complies • with the concession contract; • All matters related to the right to use the frequencies necessary to the operation of the systems, to the

certification of the components of the systems and to the systems’ safety and security; • Being the owner of all the tangible and intangible assets created or developed under the Galileo and

EGNOS programmes; • Assisting the Commission in matters involving satellite radio-navigation, particularly in cases where

legislative and regulatory measures prove necessary.

• The Authority has a key role for the success of the Galileo system• It is a Community agency and will be located in one of the Member States of

the European Union • Until the final decision on the location is taken, the Authority will be

provisionally located in Brussels

Einführung - GSA

4

Einführung - Zeitplan

5

December 1994 : Resolution of European Transport CouncilDecember 1994 : Resolution of European Transport Council

European contribution for a new GNSS

GNSSGNSS--11

GNSSGNSS--22

EGNOS

19941994

OQR (2008)OQR (2008)20082008

20002000

GALILEO

20102010--20122012FOC (2010FOC (2010--2012)2012)

19981998

20022002

Agreement EC ESA EUROCONTROL

Definition

Development

Deployment

20092009IOVIOV

Einführung -Implementierungskonzept

6

GPS Constellation

GalileoExp. SV (*2)

2003 2005 2009 2010-2012

GSTB V1 GSTB V2 IOV Phase FOC Phase

Galileo In Orbit ValidationConst. (*4)

Galileo Full OperationConst. (30)

Einführung

7

Leistungsparameter von Galileo

• Genauigkeit (Accuracy)

• Verfügbarkeit (Availability)

• Kontinuität (Continuity)

• Integrität (Integrity of System)

• Zuverlässigkeit (Reliability)

Einführung, Galileo - GPS

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Definition von

1. CompatibleDie Versicherung, dass Galileo oder GPS die jeweiligen Services des anderen Systems nicht degradieren wird

2. Interoperable

Die Fähigkeit die beiden Systeme zu kombinieren, so dass die resultierenden Leistungsparameter verbessert werden

Erreicht durch Koordination von • Referenz System• Zeitsystem • Signal Struktur

Galileo Services

9

Open Access

Commercial

Safety of Life

Search and Rescue

Free to air; Mass market; Simple positioning

Encrypted; High accuracy; Guaranteed service

Open Service + Integrity and Authentication of signal

Encrypted; Integrity; Continuous availability

Near real-time; Precise; Return link feasible

Public Regulated

ü EU Transport Council Approval: 09.12.2004

Galileo Services

10

Galileo Architektur

11

Galileo Architektur -Raumsegment

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• WALKER Konstellation (27/3/1) – 27 Satelliten in 3 Medium Earth Orbit (MEO)

Bahnebenen – 3 aktive Ersatz-Satelliten (ein Satellit pro

Bahnebene)

• Kreisbahnen mit einer Bahnhöhe von 23616 km

• Neigung der Bahnebenen gegenüber dem Äquator 56 grad

• Umlaufdauer 14 h 4 min

• Satelliten Masse: 680 kg • Verfügbare Leistung: 1600 W• Dimension: 2,7x1,2x1,1 m• Navigations-Nutzlast: 70-80 kg/ 850 W• SAR-Nutzlast: 20 kg/ 100 W • Nutzlast Rakete: Ariane, Proton, Soyuz• 3-Achsen Lagekontrolle

Galileo - Intergity

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Integrität • Definition:

Die Fähigkeit eines Navigations-Systems dem Nutzer eine Warnung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne zu übermitteln, dass das Navigations-System nicht zur Navigation verwendet werden soll

• Das Galileo Integritäts-Konzept basiert auf der Annahme, dass

Integrität für eine Vielzahl von Anwendungen von Bedeutung

werden wird.

• GPS hat gegenwärtig kein Integritäts-Konzept als integraler

Bestandteil der Architektur implementiert

Galileo Signal & Frequenz Plan

814

Not to scale

E5a (L5) E5b L2 G2 E6 E2 L1 E1 G1

ARNS Bands ARNS BandsRNSS Bands RNSS Bands

1164

MHz

1215

MHz

1260

MHz

1240

MHz

1300

MHz

1559

MHz

1563

MHz

1587

MHz

1591

MHz

1610

MHz

Galileo Bands GPS Bands (current and modernised)

GLONASS Bands (current and modernised)

OSSoL

OSSoL

E5E6

CSPRS

L1

OSSoL

PRS

Galileo Signal & Frequenz Plan

15

1278

.75

MH

z

40x1.023 MHz

E6P Signal:BOCcos(10,5) mod.Rc=5.115 McpsPRS Service

E6C Signal:Data + PilotBPSK mod.Rc=5.115 McpsRs=1000 spsCS Service

1575

.42

MH

z

40x1.023 MHz

L1P Signal:BOCcos (15,2.5) mod.PRS Service

L1F Signal: Data + PilotBOC(1,1) mod.Rc=1.023 McpsRs=250 spsOS/CS/SOLServices

1191

.795

MH

z

E5A Signal:Data+PilotBPSK mod.Rc=10.23 McpsRs=50 spsOS/CS/SOLServices

E5B Signal: Data+PilotBPSK mod.Rc=10.23 McpsRs=250 spsOS/CS/SOLServices

Frequency(MHz)

90x1.023 MHz

E5 Signal: AltBOC(15,10) mod.

Signale, Galileo – GPS Unterschiede

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• Galileo hat mehr Signale als GPS• erhöhte HW Komplexität und Prozessor Load

• Galileo verwendet neue Modulations- und Multiplexing Konzepte• Signal Akquisition: Codes sind 10 mal länger als bei GPS• Signal Tracking

• große Bandbreite bei Galileo (extrem für ALTBOC)

• Höhere Genauigkeiten

• Pilot (keine Daten auf Träger aufmoduliert)• höhere Sensitivität • höhere Genauigkeiten

• Multipath Verringerung

• bessere Leistung (große Bandbreite und BOC Modulation)

• Gefahr von falscher Akquisition und Tracking

• Rahmenbedingungen für HW und SW durch höhere Komplexität

• GSA Förderung von Galileo, Galileo/GPS Receiver Entwicklungen im Rahmen des FP6

Galileo Receiver

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1.7 M€ / 50%2411/08/2005MAGICInterference Mitigation

3.3 M€ / 50%2419/09/2005GIRASOLSafety of Life Receiver

2.4 M€ / 50%2427/09/2005SWIRLS

2.6 M€ / 50%2411/08/2005ARTUSProfessional Receivers

2.3 M€ / 50%2407/11/2005GAMMA

2.4 M€ / 50%2412/07/2005GR-POSTER

2.4 M€ / 50%24 17/03/2006GREATMass Market Receiver

GSA Fund = % of total budget

Duration (Months)

Start ProjectSector

• ESA ist verantwortlich für die Entwicklung der • Galileo Test User Segment (TUS)

• Sensor Station Receiver (GRS)

Galileo Receiver Technologie

18Code Range Tracking NoiseCode Range Tracking NoiseEstimated from (pilot – data) differences Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser)

and Septentrio

Galileo Receiver Technologie

19

Code Multipath, Static Data Code Multipath, Static Data Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser)and Septentrio

Galileo Receiver Technologie

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Code Multipath, Static DataCode Multipath, Static Data1. Alle Galileo Signale haben eine signifikant bessere

Performance als GPS CA2. Außer bei niedriger Elevation, keine signifikanten Unterschiede

zwischen BOC(1,1), BPSK(5) and BPSK(10)3. AltBOC ist wie erwartet das mit beste Signal

Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser)and Septentrio

Galileo Receiver Technologie

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Code Multipath, Dynamischer FallCode Multipath, Dynamischer Fall1. Sehr starke Reduzierung von Multipath Fehlern im Falle von dynamischen

Szenarien2. Kein großer Unterschied zwischen den Modulations-Konzepten, außer für

ALTBOC, welcher einen leichten Vorteil zeigt

RuralStatic

Rural Movement

UrbanStatic

MotorwayMovement

GPS-CA 1.19 0.23

L1BC 0.27 0.15 0.40 0.18

E6BC 0.50 0.22

E5a 0.20 0.16

E5b 0.26 0.15

E5AltBOC 0.10 0.11

Standard Abweichungen für Code Multipath in Autotests [m]Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser)and Septentrio

Galileo Performance

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Galileo Anwendungen

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• Galileo hat eine Vielzahl von Möglichkeiten die entsprechenden Signale und Services so zu verwenden, dass ein Optimierung hinsichtlich des jeweiligen Nutzers stattfinden kann (z.B. OS eine Frequenz, OS zwei Frequenzen)

• Galileo System Integrität ist ein integraler Bestandteil der Galileo-Gesamtarchitektur

• Test Receiver sind Bestandteil des Systems –Zertifizierung von Receivern

• Eine Service Garantie ist vorgesehen für den Galileo Commercial Service

• Galileo Kompatibilität und Interoperabilität - Gemeinsame Nutzung von Galileo und GPS

• Galileo ist kommerziell motiviert

Galileo Besonderheiten

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• Galileo ist ein wichtiges, strategisches Element der Europäischen Infrastruktur

• Galileo wird eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten bieten, die darauf abzielen, eine Verbesserung der vorhandenen Leistungsparameter zu ermöglichen, dies wiederum ermöglicht neue Anwendungen und neue Märkte

• Die Konkurrenzfähigkeit von Galileo im Kontext von geplanten globalen und/oder regionalen Satelliten Navigations-Systemen muss sowohl durch die technischen, also auch durch die strategischen Elemente von Galileo gewährleistet werden

Galileo Zusammenfassung

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