Galileo Satellitensystem

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1 Galileo Satellitensystem Teil 1 von Dario Šantak Inhaltsverzeichnis 1. Funktionsweise 2. Fehler in der Positionsbestimmung 3. Pro und Contra 4. Kosten 5. Prognose 6. Dienste 7. Mögliche Anwendungen in Zukunft 8. Quellenangaben 1. Funktionsweise Jeder einzelne Satellit befindet sich an einem bestimmten Punkt. Gemeinsam formen sie ein festgelegtes Netz. Sobald ein Empfänger ein Signal entgegennimmt, kann er die Distanz, die ihn von den anderen trennt, genauestens messen. Ein User kann somit seine Position exakt bestimmen, indem er lediglich drei Satelliten dazu nutzt. Galileo und GPS müssen in Zukunft jedoch keineswegs Konkurrenten werden. Galileo wurde derart angelegt, dass es mit GPS aber auch mit GLONASS kompatibel sein wird Daraus lässt sich dann sowohl die geographische Länge und Breite als auch die Höhe über dem Meeresspiegel berechnen. Die Genauigkeit, die dabei erreichbar ist, beträgt rund zehn Meter - vollkommen ausreichend für zivile Anwendungen wie die derzeit boomenden Navigationssysteme in Autos. Durch Ermittlung des Laufzeitunterschieds zwischen empfangener Sequenz und der im Empfänger laufenden Sequenz wird die Laufzeit des Signals ermittelt. Aus der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit c = 300m/s und der ermittelten Laufzeit t des Signals lässt sich die Entfernung R zum Satelliten berechnen: R = c x t

2 Aus der ermittelten Entfernung R ergibt sich eine Kugeloberfläche im Raum, in dessen Mittelpunkt sich der Satellit befindet. Auf der Kugeloberfläche muss sich dann der GPS- Empfänger befinden. Auf der Erdoberfläche ergibt sich bei nur einem Satelliten somit ein Kreis von möglichen Positionen des Empfängers. Um meine Position zu ermitteln benötige ich somit die Entfernungen zu mindestens drei Satelliten, d.h. drei Kugeln, deren Radien sich alle in einem Punkt schneiden. Hieraus wird die dreidimensionale Position errechnet. Dass, wie oft behauptet, zur Ermittlung der Höhe mehr als drei Satelliten notwendig sind, ist blanker Unsinn! Zusätzliche Satelliten erhöhen aber die Genauigkeit. 2. Fehler in der Positionsbestimmung Ein ständiger Fehler ergibt sich aus Zeitdifferenzen zwischen den hochgenauen Atomuhren an Bord der Satelliten und der weniger genauen Quarzuhr im Empfänger. Habe ich bei fest eingebauten Empfängern in Schiffen oder Flugzeugen noch die Möglichkeit, sehr genaue Uhrwerke einzubauen und so den Fehler möglichst klein zu halten, so ist dies bei einem 200g leichten Handgerät ungleich schwerer. Aus diesem Zeitfehler zwischen Satellitenuhr und Empfängeruhr ergibt sich ein Fehlerdreieck. Positionsbestimmung zu. Die Empfangsgeräte bestimmen die jeweilige Position aus Bahn- und Zeitdaten der Satelliten: Gemessen wird die Entfernung zu mehreren an unterschiedlichen, exakt bestimmbaren Positionen befindlichen Satelliten, der Schnittpunkt auf der Erde ist dann der Standort. Errechnet wird die Entfernung aus der Zeit, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Damit kommt der Zeitmessung die Schlüsselrolle bei der 3. Pro und Contra Pro Mit Galileo verschafft sich Europa Autonomie und Souveränität Europa sichert sich den Einstieg in eine nachhaltige Mobilität Geowissenschaftliche Messungen würden eine neue Dimension erreichen Das Projekt schafft Arbeitsplätze in ganz Europa Contra Galileo ist ein Sicherheitsrisiko für die US- Streitkräfte (Überlagerung von GPS Signalen) Bis 2004 muss ein Satellit im Orbit sein, sonst geht die Sendefrequenz an die USA Eine neue GPS Version soll 2009 auf den Markt kommen Der Markt ist mit Geräten (GPS) gesättigt 2

3 4. Kosten Kosten des Satellitensystems 5. Prognose Prognose der Galileonutzung 3

4 Testsatellit soll 2005 starten 2008 soll Galileo betriebsbereit sein 6. GALILEO Dienste Kostenloses Signal mit freiem Zugriff für allgemeine Anwendungen o OPEN SERVICE (OS) Massenmarkt-Anwendungen o genaue drei-dimensionale Empfänger-Position und hochpräzise Zeitangabe o wie GPS weltweit zugänglich und gebührenfrei o besser als GPS permanente und garantierte Signalverfügbarkeit durch zivileuropäisch kontrolliertes System o bessere Genauigkeit und Verfügbarkeit o zusätzliche Informationen für Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung o durch GPS + Galileo signifikant verbesserte Verfügbarkeit o Redundanz durch zweites System o deutlich verbesserte Genauigkeit Signal mit Nutzergebühren (mit Haftungsverpflichtung) o COMMERCIAL SERVICE (CS) o wie OS plus Verschlüsselung der übertragenen Daten o Übertragung zusätzlicher navigationsbezogener Daten wie.b. Integritäts- Information (Verlässlichkeit) oder Korrekturdaten (Genauigkeits-Verbesserung) o Kommerzielle Anwendungen mit kostenpflichtigen Zusatzinformationen Public Regulated Service (PRS), verschlüsselt und störresistent für staatliche Sicherheitsdienste o Staatlicher Einsatz bei Sicherheits- und Schutzbehörden o Verschlüsselung des Signals und der zu übertragenden Navigationsdaten o widerstandsfähig gegen beabsichtigte und unbeabsichtigte Störungen o sichert Dienstverfügbarkeit auch bei gezielter Störung (Jamming) der anderen Dienste (Continuity of Service) o Nutzungsregulierung (Empfang und Empfänger) durch zwischenstaatliche Vereinbarungen der Sicherheitsbehörden 4

5 Search-and-Rescue Signal (SAR) o Unterstützung für SEARCH-AND-RESCUE (SAR) d.h. Übermittlung der Position an eine SAR-Zentrale über die Galileo-Satelliten o Übertragung von Positions- und Zeitinformation eines Notrufsenders an eine Rettungsleitstelle und Rückbestätigung der Leitstelle an den aktivierten Notrufempfänger o Unterstützung des existierenden SAR-Systems COSPAS/SAR Sat zur o weltweiten Luft- und Seerettung Saftty-of-Life Service (SoL) (Für Sicherheitskritische Anwendungen) o Z.B. Luftverkehr, Flug- und Schiffsnavigation o wie OS plus Integritäts-Warnungen innerhalb von 6 Sekunden o Signale werden auf einer international vereinbarten Frequenz (ICAO) abgestrahlt 7. Mögliche Anwendungen in Zukunft GALILEO und Zukunft Aktuelle und ortsbezogene Informationen o Elektronische Straßenkarten und Ortspläne sind schnell auf dem aktuellen Stand und sind in ein Handy integrierbar o Öffentliche Verkehrsmittel inkl. Fahrplan o Notruf mit Standortübertragung o Sehenswürdigkeiten Freizeit und Outdoor o Ein elektronisches Handgerät kann aktuelle Informationen empfangen (Wetter, Lawinen,...) und dient gleichzeitig als Lebensretter und Kommunikationsgerät Notfallmanagement o Übermittlung einer exakten Position an eine Rettungsleitstelle per Knopfdruck im Handheld o automatisch im Fahrzeug (z.b. an Airbag gekoppelt) o funktioniert über eine Kommunikationsschnittstelle (z.b. UMTS) 5

6 Zeitsynchronisation Logistik o Synchronisation von Kommunikationsnetzwerken, Energienetzwerken und Uhren (Weltzeit UTC) Genauigkeit:10 Nanosekunden o Genaue Abschätzung der Ankunftszeiten des jeweiligen Transportmittels o Reibungsloser Übergang auf nächstes Transportmittel o Verbesserte Planung o Speditionen können den aktuellen Aufenthaltsort ihrer Fracht genau mitverfolgen o Vereinfachtes Just-In-Time o Schnelles Reagieren bei Unfällen Landwirtschaft o Aufnahme positionsbezogener Boden- und Pflanzendaten o Landwirt fährt oder geht seine Felder ab o Daten, wie z.b. Schädlingsbefall, Nährstoffgehalt oder Bewässerungszustandwerden an Ort und Stelle zusammen mit der Position notiert o Speichern der Daten in Dünge-, Bewässerungs- oder Spritzmaschinen. Beim Abfahren des Feldes werden diese Daten automatisch berücksichtigt o Vermeiden von Unter- oder Überdüngung o Angepaßte Bewässerung o Reduzierung von Chemikalien und Steigerung des Ertrags bei gleichzeitiger Ressourcen schonung Wissenschaft o Aufbau eines erdgebundenes Referenz-Koordinatensystems (Modellbildung in der Meteorologie, Geophysik, Raumfahrt...) o Messung des Elektronengehalts in der Ionosphäre (Ermittlung von Störgrößen z.b. in der Funknavigation, Telekommunikation, Weltraumwetter- und konventionelle Wettervorhersagen...) o Messung des Wasserdampf-Gehalts der Atmosphäre (Klimastudien, Wettervorhersagen...) o Messung des Atmosphärenprofils (vertikaler Gradient der Luftdichte, Temperatur, Druck...) o Exakte Positionierung sämtlicher notwendiger Sensoren und Hilfsmittel 8. Quellenangaben (1,2) Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Eissfeller Institut für Erdmessung und Navigation (5) Kerstin Wienholz GEO Information Consult GmbH (4) 6