Countdown im Galileo Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen

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Bernd Wetzel
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1 1 Countdown im Galileo Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen Vortrag für das Usertreffen von pocketnavigation.de Walter Päffgen, DLR Gesellschaft für Raumfahrtanwendungen (GfR) mbh 26. September 2009, Windeck-Schladern im Elmores

2 Prinzip der satellitengestützten Navigation Berechnung der

Senden des Navigationssignals Bahndaten der Satelliten Genaue

Pseudo-Entfernungen über Zeitdifferenzen r = c Δt r 2 Empfänger

2 2 Prinzip der satellitengestützten Navigation Berechnung der Position durch Entfernungsmessung zu drei Objekten 1 x;y;z 3 Senden des Navigationssignals Bahndaten der Satelliten Genaue Uhrzeit (Systemzeit) x;y;z 2 r 1 r 3 x;y;z 4 Messung der Pseudo-Entfernungen über Zeitdifferenzen r = c Δt r 2 Empfänger kennt die exakte Systemzeit nicht Galileo Empfänger Mindestens 4 Messungen sind notwendig

3 Satellitennavigation bedeutet Zeit-/Distanzmessung Grundlagen der Zeit-Distanzmessung Messung der Laufzeit des Signals Milliardstel Sekunde entspricht 30 cm Grundlegende Voraussetzungen stabile und

3 3 Satellitennavigation bedeutet Zeit-/Distanzmessung Grundlagen der Zeit-Distanzmessung Messung der Laufzeit des Signals Milliardstel Sekunde entspricht 30 cm Grundlegende Voraussetzungen stabile und genau synchronisierte Uhren Rubidium Uhren (Satelliten) Abweichung 1s in Jahren, Wasserstoff Maser (Referenz Bodensegment) Abweichung 1s in drei Millionen Jahren Die Uhren in allen Satelliten und im Empfänger am Boden müssten genau gleich synchronisiert sein (bis auf Nanosekunden = 10-9 s) Position/Bahn der Satelliten muss bekannt sein Fehlerquellen Anordnung der Satelliten Verzögerung durch die Elektronendichte im Plasma der Ionosphäre bremst die Signallaufgeschwindigkeit ab - unkorrigierter Fehler bis 36 m Verzögerung durch Wasserdampf und andere Gase in der Troposphäre (untere Atmosphäre ca km) 2.5 m Überlagerung des gewünschten Signals mit Reflektionen desselben (Gebäude, Fahrzeuge, )

Signalstruktur Testeinrichtung für GALILEO Empfänger Test von Empfängeralgorithmen

4 4 Galileo Test- und Entwicklung Umgebung (GATE) im Berchtesgadener Land Erfahrungsgewinn für den Aufbau des GALILEO Systems Erfahrungsgewinn mit neuer GALILEO Signalstruktur Testeinrichtung für GALILEO Empfänger Test von Empfängeralgorithmen Testumgebung für Nutzeranwendungen Stöhrhaus Kneifelspitze Toter Mann GMS Sulzberg Kehlstein Grünstein Jenner

5 5 GALILEO Satelliten-Navigationsdienste präziser, zuverlässiger, sicherer Basisdienst Kommerzieller Dienst Sicherheitskritischer Dienst Öffentlich regulierter Dienst Such- und Rettungsdienst Positions- und Zeitsignale z. B. für Fahrzeugleitsysteme Keine Integrität bis zu 4m genau Gebührenfrei Verfügbarkeit 99,5% Kommerzieller Dienst (Geodäsie) Integritäts- Nachrichten verschlüsselt, Zugangskontrolle Service- Garantie Gebührenpflichtig Performance verhandelbar Höhere Genauigkeit (1m bis 10 cm) Sicherheitskritische Anwendungen Luft-, See- und Schienenverkehr Integritäts- Nachrichten, eingebunden in Navigations- daten- Nachrichten des OS-Signals verschlüsselt, Zugangskontrolle Service- Garantie 1m bis 6m Navigation und Zeitübertragung verschlüsselt unabhängiger Service beschränkter Zugang (Zivilschutz, Polizei, Zoll, Militär) Breitband- Signale zur Vermeidung von Interferenz oder Jamming Empfang und Weiterleitung von Notsignalen an Rettungsdienste nahezu in Echtzeit mit den genauen Koordinaten des Hilfesuchenden Rückmeldung an Hilfesuchenden

6 6 Beispiel: Luftverkehr Rollverkehrsmanagement Flugnavigation, insbesondere Null-Sicht-Landungen Ablösung von ILS; langfristig CAT III, unentdeckter Fehler 10-9

7 7 Beispiel: Schifffahrt Positionierung von Navigationsbojen Fischfang Verlegung von Seekabeln Küstenschutz Schiffsnavigation, insbesondere in Häfen und bei Anlegemanövern Source: GAP Main V

8 8 Beispiel: Schienenverkehr Fahrgastinformationen Zugvollständigkeits- und Zuglängenüberwachung Trassenüberwachung Fahrerassistenzsysteme Kollisionsvermeidungssystem (RCAS) Zugüberwachung Zugsteuerung

9 9 Beispiel: Straßenverkehr Fahrzeugnavigation Informationsdienste für Verkehrsteilnehmer Mautgebührenerhebung Intelligentes Verkehrsmanagement Verkehrslageinformationen in Echtzeit (FCD) Notrufsysteme Fahrerunterstützungssysteme

10 10 Der Galileo Satellit Abmessung 2,7 m x 1,2 m x 1,1 m 660 Kg Leergewicht 1,5 KW Leistungsbedarf 14,8 m Spannweite Lebensdauer 12 Jahre Satellitenkontrolle im S-Band Missionsbetrieb im C-Band Navigationssignal im L-Band

Die Galileo Satelliten Die Konstellation Satelliten-Konstellation - 30 Satelliten - 23.

11 Die Galileo Satelliten Die Konstellation Satelliten-Konstellation - 30 Satelliten km Höhe Stabile Konstellation - Gravitationsfeld gleich - Strahlungsdruck gleich - Atmosphärische Abbremsung vernachlässigbar 11

12 12 Das Galileo Bodensegment Kontrollzentrum Sensor Station Uplink Station TT&C Station

13 13 Verbindung des Bodensegmentes (Schema Galileo Data Dissemination Network) Galileo Satelliten Kommunikations-Satelliten Remote Site HUB Kontrollzentrum

14 Das Galileo Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen 14

15 Anforderungen an das Kontrollzentrum ca.

Raum für technische Anlagen (Server, Konsolen und

150 m Rechnerschränke, 120 Kontrollbildschirme sehr

15 15 Anforderungen an das Kontrollzentrum ca. 100 Mitarbeiter für den Kontrollbetrieb notwendig Raum für technische Anlagen (Server, Konsolen und Atomuhren) ca.150 m Rechnerschränke, 120 Kontrollbildschirme sehr hohe Verfügbarkeit - Mehrfach ausgelegte gebäudetechnische Systeme Einblick in den Kontrollbetrieb für Besucher

16 16 Die Galileo Phasen 1. Entwicklung 2. Validierung (IOV mit vier Satelliten) 3. Errichtung (FOC Full Operational Capability) GIOVE A/B (Testsatelliten) GIOVE A Start GIOVE B Start In-Orbit Validierungsphase (IOV) Vorbereitung und IOV Betrieb 2 IOV Doppelstarts Vollausbau-Phase (FOC) 13 FOC Doppelstarts Betriebsphase

17 17 Satellitenkontrollsegment Navigationskontrollsegment Überwachungs- und Steuersystem für Satelliten Satellitenbetriebsplanung Flugdynamiksystem Systemsimulator Bodenstationsüberwachung Bahnbestimmung Systemzeit & Uhrensynchronisation Integritätsberechnung Bodenanlagenüberwachung Generierung Navigationsinformation Missionsplanungssystem

18 18 Status Satellitennavigationssysteme Zwei Systeme in Betrieb GPS (USA) und GLONASS (Russland) Galileo System momentan im Aufbau Weitere Systeme in Planung bzw. im Aufbau: - global COMPASS (China), GPS II (USA), GLONASS II (Russland) - regional QZSS (Japan), IRNSS (Indien).

19 Galileo Bedeutung für die Zukunft So wie heutzutage jeder überall die Möglichkeit hat - die genaue Uhrzeit zu kennen (Armbanduhr) - jederzeit in Kommunikation zu treten (Mobil-Telefon) wird in

19 19 Galileo Bedeutung für die Zukunft So wie heutzutage jeder überall die Möglichkeit hat - die genaue Uhrzeit zu kennen (Armbanduhr) - jederzeit in Kommunikation zu treten (Mobil-Telefon) wird in Zukunft jeder durch - die ständige Kenntnis seines genauen Standorts (Galileo-Empfänger) den modernen Alltag besser bewältigen können Erwartung eines Massenmarktes für - Satellitennavigationsempfänger und - einer neuen Generation von Dienstleistungen

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