Galileo Technische Möglichkeiten

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1 Galileo Technische Möglichkeiten Galileo Applications Day Wien, 02 Mai 2007 Prof. Dr.-Ing. Werner Enderle European GNSS Supervisory Authority GSA Head of System Evolution 56, Rue de la Loi BE-1049 Brussels Belgium Tel: werner.enderle@ec.europa.eu

2 Überblick Überblick Einführung Galileo Services Galileo Architektur Galileo Signale Galileo Receiver Galileo Anwendungen Galileo Besonderheiten Zusammenfassung 1

3 Galileo, eine EU Initiative Einführung - Galileo 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 Partnership Konzept (PPP) Offen für Partner Internationale Kooperation 2

4 Einführung Motivation für Galileo Politisch - Europäische Unabhängigkeit und Souveränität - Industriepolitik Sozial - Neue und bessere Services - Verbesserungen im Bereich der Sicherheit bei Transportsystemen - Vorteile für die Umwelt Technologisch - Technologische Führungsposition für Europäische Industrie - Untersuchung von Synergien-Effekten zwischen verschiedenen Technologien Ökonomisch - Anteilen an globalen Märkten - Globale Konkurrenzfähigkeit - Beschäftigung - Effizienz der Transport Industrie 3

5 Einführung - GSA 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 4

6 Einführung - Zeitplan 1994 December 1994 : Resolution of European Transport Council European contribution for a new GNSS 1998 Agreement EC ESA EUROCONTROL GNSS-1 EGNOS Definition 2000 Development OQR (2008) GALILEO GNSS-2 IOV 2009 Deployment FOC ( ) 2012)

7 Einführung - Implementierungskonzept GPS Constellation Galileo Exp. SV (*2) Galileo In Orbit Validation Const. (*4) Galileo Full Operation Const. (30) GSTB V1 GSTB V2 IOV Phase FOC Phase 6

8 Einführung Leistungsparameter von Galileo Genauigkeit (Accuracy) Verfügbarkeit (Availability) Kontinuität (Continuity) Integrität (Integrity of System) Zuverlässigkeit (Reliability) 7

9 Einführung, Galileo - GPS Definition von 1. Compatible Die 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 8

10 Galileo Services Open Access Commercial Safety of Life Public Regulated Free to air; Mass market; Simple positioning Encrypted; High accuracy; Guaranteed service Open Service + Integrity and Authentication of signal Encrypted; Integrity; Continuous availability Search and Rescue Near real-time; Precise; Return link feasible EU Transport Council Approval:

11 Galileo Services 10

12 Galileo Architektur 11

13 Galileo Architektur - Raumsegment 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 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: kg/ 850 W SAR-Nutzlast: 20 kg/ 100 W Nutzlast Rakete: Ariane, Proton, Soyuz 3-Achsen Lagekontrolle 12

14 Galileo - Intergity 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 13

15 Galileo Signal & Frequenz Plan ARNS Bands RNSS Bands RNSS Bands ARNS Bands E5a (L5) E5b L2 G2 E6 E2 L1 E1 G1 E5 E6 L MHz OS SoL OS SoL 1215 MHz 1240 MHz 1260 MHz PRS CS 1300 MHz PRS 1559 MHz 1563 MHz OS SoL 1587 MHz 1591 MHz 1610 MHz Galileo Bands GPS Bands (current and modernised) GLONASS Bands (current and modernised) Not to scale 14 8

16 Galileo Signal & Frequenz Plan E5A Signal: Data+Pilot BPSK mod. Rc=10.23 Mcps Rs=50 sps OS/CS/SOL Services E5B Signal: Data+Pilot BPSK mod. Rc=10.23 Mcps Rs=250 sps OS/CS/SOL Services E6P Signal: BOCcos(10,5) mod. Rc=5.115 Mcps PRS Service E6C Signal: Data + Pilot BPSK mod. Rc=5.115 Mcps Rs=1000 sps CS Service L1P Signal: BOCcos (15,2.5) mod. PRS Service L1F Signal: Data + Pilot BOC(1,1) mod. Rc=1.023 Mcps Rs=250 sps OS/CS/SOL Services 90x1.023 MHz 40x1.023 MHz 40x1.023 MHz MHz E5 Signal: AltBOC(15,10) mod MHz MHz Frequency (MHz) 15

17 Signale, Galileo GPS Unterschiede 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 16

18 Galileo Receiver GSA Förderung von Galileo, Galileo/GPS Receiver Entwicklungen im Rahmen des FP6 Sector Project Start Duration (Months) GSA Fund = % of total budget Mass Market Receiver GREAT GR-POSTER 17/03/ /07/ M / 50% 2.4 M / 50% GAMMA 07/11/ M / 50% Professional Receivers ARTUS SWIRLS 11/08/ /09/ M / 50% 2.4 M / 50% Safety of Life Receiver GIRASOL 19/09/ M / 50% Interference Mitigation MAGIC 11/08/ M / 50% ESA ist verantwortlich für die Entwicklung der Galileo Test User Segment (TUS) Sensor Station Receiver (GRS) 17

19 Galileo Receiver Technologie Estimated from (pilot data) differences Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser) and Septentrio Code Range Tracking Noise 18

20 Galileo Receiver Technologie Code Multipath, Static Data Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser) and Septentrio 19

21 Galileo Receiver Technologie Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser) and Septentrio Code Multipath, Static Data 1. Alle Galileo Signale haben eine signifikant bessere Performance als GPS CA 2. 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 20

22 Galileo Receiver Technologie Rural Static Rural Movement Urban Static Motorway Movement GPS-CA L1BC E6BC E5a E5b E5AltBOC Courtesy, ESA (Dr. Martin Hollreiser) and Septentrio Standard Abweichungen für Code Multipath in Autotests [m] Code Multipath, Dynamischer Fall 1. Sehr starke Reduzierung von Multipath Fehlern im Falle von dynamischen Szenarien 2. Kein großer Unterschied zwischen den Modulations-Konzepten, außer für ALTBOC, welcher einen leichten Vorteil zeigt 21

23 Galileo Performance 22

24 Galileo Anwendungen 23

25 Galileo Besonderheiten 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 24

26 Galileo Zusammenfassung 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 25