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GNSS - Globale Navigations-satellitensysteme

Inhaltsverzeichnis

3. Die globalen Satellitensysteme

3.5 BeiDou (COMPASS)

Allgemeines

Abb. 3.48: BeiDou Logo
Abb. 3.48: BeiDou Logo [1]

BeiDou ist die chinesische Bezeichnung für das Sternbild "Großer Bär", dessen Konstellation der sieben hellsten Sterne im deutschsprachigen Raum "Großer Wagen" genannt wird. Dieses Sternbild ist seit Jahrhunderten eine Navigationshilfe, da es auf den Nordstern Polaris weist. Allegorisch weist der Name auf die Funktion des chinesischen Satellitensystems.

Um unabhängig vom amerikanischen GPS-System und vom russischen GLONASS zu werden, schloss sich China 1983 dem europäischen Galileo-Projekt an und wollte sich mit 230 Mio. € an den Kosten beteiligen. Als die ursprünglich geplante privatwirtschaftliche Finanzierung von Galileo nicht zustande kam und die Europäische Kommission die Leitung übernahm, wurde China aus Sicherheits- und technologischen Gründen aus dem Projekt "ausgeladen".
Ursache für die Bedenken der Europäischen Kommission war, dass China sein geplantes, ursprünglich nur für militärische Zwecke vorgesehenes, eigenes Satellitennavigationssystem mit kostenlosen, öffentlichen Diensten versehen wollte und somit in direkte Konkurrenz zu Galileo treten wollte.

Die Entwicklung eines eigenen satellitengestützten Navigationssystems geht bis in die frühen 1980er Jahre zurück. Im Rahmen des 863-Programms wurde ein System mit mehreren geostationären Satelliten geplant. 1989 wurde auf der Basis von zwei Kommunikationssatelliten das Konzept überprüft. Tests ergaben, dass die Präzision der Positionsbestimmung mit der des GPS vergleichbar war. 1993 wurde das BeiDou-Programm gestartet. Dieses sah den Aufbau eines globalen Satellitennavigationssystems in drei Phasen vor.

3.5.1 BeiDou-1 (Experimental-/Demonstrationssystem)

Abb. 4.49: Satellitenkonstellation BeiDou-1 (Phase 1)
Abb. 3.49: Satellitenkonstellation BeiDou-1 (Phase 1) [2]

Die ersten beiden Satelliten, BeiDou-1A und BeiDou-1B, wurden im Oktober und Dezember 2000 in den Orbit gebracht. Mit diesen zwei Testsatelliten konnte demonstriert werden, dass das System regional grundlegende militärische und zivile Dienste erfüllen konnte. Ein dritter Satellit vervollständigte die Konstellation zu einem vollständig funktionierenden Navigationssystem mit einer Genauigkeit bei der Positionsbestimmung von ca. 10 Metern im zivilen Dienst, einer Zeitbasis mit einer Abweichung von maximal 20 ns und Geschwindigkeitsmessung bis 0,2m/s.
2007 wurde BeiDou-1D als Reservesatellit ins All geschossen.

Abb. 3.50: BeiDou-1 Satellit
Abb. 3.50: BeiDou-1 Satellit [2]

BeiDou-1 arbeitete nach dem Prinzip eines Zweiwege-Funkortungsdienstes (Radio Determination Satellite Service - RDSS). Alle Satelliten senden ein kodiertes Signal, das das komplette Einsatzgebiet (die asiatische Landmasse) ausleuchtet. Eine spezielle Zeitmarke in den Satellitensignalen wird vom User Terminal (Satellitenempfänger) separiert und an den Satelliten zurück gesendet. Der Satellit leitet diese Information an einen zentralen Computer im Systemkontrollcenter auf der Erde weiter. Der Computer kann aus der Differenz zwischen den Zeitmarken und einem Referenzsignal die Entfernungen der Satelliten zum Terminal berechnen und so dessen Position bestimmen. Die Positionskoordinaten werden dann als Kurzmitteilung an den Satelliten und von diesem an den Terminal gesendet.

Abb. 3.51: Terminal für BeiDou-1
Abb. 3.51: Terminal für BeiDou-1 [3]

BeiDou-1 erlaubt auch eine Zweiwegekommunikation per Kurznachrichten. Diese dürfen bis zu 120 chinesische Zeichen beinhalten.
Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass schon mit einer kleinen Anzahl (aber mindestens drei) Satelliten eine präzise Positionsbestimmung vorgenommen werden kann. Nachteilig ist, dass die Satellitenempfänger auch über einen Sender verfügen müssen um die Barkensignale an den Satelliten zurücksenden zu können. Die ersten Terminals für Beidou-1 kosteten ca. 3000$, das war das 10fache eines GPS-Empfängers.

3.5.2 BeiDou-2 ("BeiDou Satellite Navigation System" (BDS))

Abb. 3.52: Satellitenkonstellation BeiDou-2 (1. Ausbaustufe (2012)
Abb. 3.52: Satellitenkonstellation BeiDou-2 (1. Ausbaustufe (2012) [2]

BeiDou-2 (frühere Bezeichnung: COMPASS) ist keine Erweiterung des bestehenden BeiDou-1, sondern löst es vollständig ab. Die ersten Satelliten der zweiten Generation wurden 2007 und 2009 mit Trägerraketen des Typs "Langer Marsch 3" gestartet. 2012 wurde BeiDou-2 als einsatzfähig gemeldet. In der ersten Ausbaustufe (der zweiten Phase des BeiDou-Programms) soll das System mit 16 Satelliten (davon 11 aktiv) den asiatischen Raum, Ozeanien und Australien bedienen. Im Endausbau 2020 (Phase 3) soll das System mit über 35 Satelliten global verfügbar sein.

Abb. 3.53: Footprint BeiDou-2 i. d. 1. Ausbaustufe
Abb. 3.53: Footprint BeiDou-2 i. d. 1. Ausbaustufe [4]

Im Gegensatz zu BeiDou-1 ist mit dem BeiDou-2-System eine vollständig passive Positionsbestimmung möglich. Ein Sender im Satelliten-Empfänger wird nicht unbedingt benötigt, da die Berechnung der Position, wie bei GPS, GALILEO und GLONASS, im Empfänger selbst vorgenommen wird. Da BeiDou-2 die gleichen Frequenzbänder benutzt, ist eine Interoperabilität zwischen den Systemen möglich. Wie auch bei GPS, GALILEO und GLONAS ist die Genauigkeit der öffenlichen Dienste gegenüber den militärischen/staatlichen eingeschränkt.

Da geostationäre Satelliten bereits integraler Bestandteil vom BeiDou-System sind, werden keine weiteren benötigt um einen SBAS-Dienst (Satellite Based Augmentation System) zum Verteilen der zusätzlichen Differentialkorrekturdaten und Integritätsinformationen zu realisieren.

3.5.3 Frequenzplan

BeiDou's Sendefrequenzen liegen in den vier Bändern E1A, E1B, E5B und E6. In den Bändern E1A und E1B überschneiden sich die Übertragungsbereiche mit denen der öffentlichen Dienste von GALILEO. Dieses kann, wenn beide Systeme voll ausgebaut sind, zu Problemen führen. Entstanden ist diese Situation dadurch, dass sich das GALILEO-Projekt aufgrund der Querelen mit der Finanzierung um Jahre verzögert hat und an der mangelnden Kommunikationsbereitschaft der chinesischen Verantwortlichen.

Nach den Richtlinien der ITU (International Telecommunication Union) kann ein Land, das zum ersten Mal in einem Frequenzbereich sendet, diesen für sich beanspruchen. Nachfolgende Länder müssen dann um Erlaubnis bitten um diese Frequenzen ebenfalls benutzen zu dürfen. Das Erstnutzerrecht hat die EU durch die Verzögerung bei GALILEO vertan. China scheint mit dem Ausbau von BeiDou-2 zu einem globalen System der erste Nutzer der Frequenzen zu werden, hat allerdings diese noch nicht für sich beansprucht. Die Verhandlungen zwischen der EU und China ziehen sich seit Jahren hin (das erste Kompatibilitätkoordinations-Meeting war im Mai 2007) und haben noch zu keinem Ergebnis geführt (Stand April 2015).

Abb. 3.54: Frequenzplan BeiDou-2 Phase 2 und 3
Abb. 3.54: Frequenzplan BeiDou-2 Phase 2 und 3
Tab. 3.01: Signale und Dienste in Phase 2
Tab. 3.01: Signale und Dienste in Phase 2

In der dritten Ausbaustufe kommen neue Satellitentypen zum Einsatz. Die Navigationssignale bei diesen neuen Typen sind überwiegend im moderneren BOC- (Binary Offset Carrier) bzw. AltBOC- (Alternative BOC) moduliert. Eine Änderung des Frequenzplanes wird für 2016 erwartet.

Tab. 3.02: Signale und Dienste in Phase 3 (Endausbau)
Tab. 3.02: Signale und Dienste in Phase 3 (Endausbau)

3.5.5 Weltraumsegment

Die Satelliten des BeiDou-2-Systems sind in drei Gruppen angeordnet. In der ersten Ausbaustufe besteht die Konstellation aus: 

  •    5 geostationären Satelliten (GEO = 42.164 km)
  •    5 Satelliten in inklinierten geosynchronen Umlaufbahnen (IGSO = 42.164 km)
  •    4 Satelliten in inklinierten Umlaufbahnen mittlerer Höhe (MEO = 27878 km)

In dieser Anordnung ist nur, wie bereits beschrieben, ein regionaler Service möglich. Um einen globalen Service zu bieten wird das BeiDou-2-System auf 35 Satelliten ausgebaut:

  •    5 geostationären Satelliten
  •    3 Satelliten in inklinierten geosynchronen Umlaufbahnen
  • 27 Satelliten in inklinierten Umlaufbahnen mittlerer Höhe

Der erste Satellit der dritten Ausbaustufe wurden am 30. März 2015 in einen inklinierten geosynchronen Orbit (IGSO) geschossen. Dieser Satellit des neuen Typs BD-3 I1-S soll eine In-Orbit-Validation der neuen Signalisierung, unter anderem einen Inter-Satelliten-Link, ermöglichen.

 

3.5.6 Benutzersegment

BeiDou ist dabei sich in China und Südostasien als Navigationssystem zu etablieren. Durch die Möglichkeit der Zweiwegekommunikation mittels Kurznachrichten hat BeiDou gegenüber allen anderen GNSS einen Vorteil. Bei vielen Verwendungen, z.B. im Transportwesen usw., kann dieses Auswirkungen auf die Wahl eines GNSS haben. Für den Konsumentenbereich sind schon etliche Produkte entwickelt worden, die auch schon zu erhalten sind. Erste Chips, die GPS-, GALILEO-, GLONASS- und BeiDou-Satellitensignale, z.T. sogar zwei oder drei gleichzeitig, verarbeiten können, sind ebenfalls verfügbar.

Abb. 3.57: Navigationsgerät für BeiDou
Abb. 3.57: Navigationsgerät für BeiDou [5]

 

 

Referenzen

Abbildungen

[1] Abb. 3.48: "BeiDou Logo": Das BeiDou Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der BeiDou Navigation Satellite Systestem, China.
Quelle: http://www.beidou.gov.cn/2012/12/27/20121227cb6fdaf3f36d4de6afc3d1249be232ae.html

[2] Abb. 3.49 - 3.50, 3.52, 3.55 - 3.56,   BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System Development.ppt

[3] Abb. 3.51 Compass/BeiDou Status, Jun Shen, BNStar Navigation Technology & System, Inc., Rome (Italy), June 11, 2009

[4] Abb. 3.53: "Footprint BeiDou-2"; Quelle: Beidou OpenServices.pdf

[5] Abb. 3.57: "Navigationsgerät für BeiDou"; Quelle: Development of BeiDou Navigation Satellite System.ppt

 

Weblinks

1. Offizielle BeiDou-Website: http://en.beidou.gov.cn/

2. Diverse Dokumente und Präsentationen zum BeiDou-System (zwei Dokumente können nicht geöffnet werden):
    http://www.beidou.gov.cn/en/exchangecooperationlist_5.html

3. Dokumentation über die BeiDou Signalisierung:
    BeiDou  Navigation  Satellite System Signal In Space Interface Control Document

4. Dokument über die öffentlichen Dienste von BeiDou: Beidou OpenServices.pdf

 

 

Zuletzt geändert am 27.04.2015

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