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GNSS - Globale Navigations-satellitensysteme

Inhaltsverzeichnis

3. Die globalen Satellitensysteme

3.3. GALILEO

3.3.1. Allgemeines

Abb. 3.30: Logos GALILEO und GSA
Abb. 3.30: Logos GALILEO und GSA [1]

GALILEO ist eine gemeinsame Initiative der Europäischen Kommission und der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. Unterstützt und gemanaged wird das Unternehmen von der Agentur für das Europäische GNSS (GSA = European GNSS Agency) mit dem Sitz in Prag. Das Ziel ist es ein kommerziell betriebenes, vom Militär unabhängiges, hochgenaues Satellitennavigationssystem zu schaffen, das in direkter Konkurrenz zu den beiden anderen Satellitennavigationssystemen, GPS und GLONASS, steht. Die Gründe für den Aufbau dieses neuen Systems sind politischer und wirtschaftlicher Natur:

  • Verringerung der Abhängigkeit von den USA und Russland
  • Zivile Kontrolle über Weltraum- und Kontrollsegment
  • Verbesserung von Abdeckung, Genauigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit
  • Such- und Rettungsfunktion (SAR) mit Rückmeldung
  • Neue Mehrwertdienste
  • Garantie für Integrität und kontinuierlichen Dienst
  • Entwicklung von Know How
  • Teilnahme am Satellitennavigationsmarkt (global > 100 Mrd. €)
  • Schaffung neuer Arbeitsplätze in Europa

GALILEO bietet seinen Benutzern eine Reihen von Diensten:

  • Der Offene Dienst (Open Service / OS) besteht aus einer Kombination von frei empfangbaren Signalen, die kostenlos nutzbar sind. Dieser Dienst beinhaltet Navigations- und Zeitdienste, die den anderen GNSS-Systemen mindestens ebenbürtig sind. Da zwei OS-Signale zur Verfügung gestellt werden, können entsprechend ausgestattete Zweifrequenzempfänger die Ionosphäreneffekte korrigieren und die Position noch genauer bestimmen. Die anvisierte Zielgruppe sind die Benutzer allgemeiner Navigationsanwendungen, wie sie schon GPS und GLASNOSS bieten (z.B. Fahrzeugleitsysteme). Genauigkeit: 4 Meter, Verfügbarkeit: 99,5%
  • Der sichere Dienst Safety of Life (SoL) kann die Sicherheit der Signale des Offenen Dienstes erhöhen. Abonnenten erhalten rechtzeitig  Warnungen wenn der Dienst von wichtigen Parametern der Genauigkeit (Integrität) abweicht. Die Warnungen werden einige Sekunden im Voraus über die OS-Navigationsnachrichten übertragen. Für den SoL-Dienst sind Garantien geplant, die den Einsatz des Dienstes auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen (Luft-, See-, Schienenverkehr) erlaubt.
  • Der Kommerzielle Dienst (Commercial Service / CS) erlaubt den kostenpflichtigen Zugriff auf zwei zusätzliche Signale, deren Spreizungscode verschlüsselt ist. Die Signale haben eine höhere Datenrate und übertragen Korrekturdaten und Nachrichten vom Dienstleistungszentrum zum Benutzer. Die zusätzlichen Korrekturdaten erlauben dem Nutzer eine weitere Steigerung der Positionierungsgenauigkeit. Es ist vorgesehen, dass die Leistungsmerkmale und die Integrität dieses Service garantiert werden kann. Daher ist der CS-Dienst auch für sicherheitsrelevante Anwendungen (Flugsicherung, Eisenbahn, ...) geeignet. Genauigkeit: 1m bis 10 cm
  • Der regulierte Dienst Public Regulated Service (PRS) liefert Positions- und Zeitinformation an autorisierte Benutzer wie Polizei, Küstenwache oder staatliche Dienststellen. Auch eine militärische Nutzung (Double Use) ist vorgesehen.
    Bei den beiden PRS-Signalen sind sowohl die Speizungscodes als auch die Daten verschlüsselt. Dieses bietet Schutz gegen Störung (Jamming) und Verfälschung (Spoofing).
  • Der Such- und Rettungsdienst Search and Rescue- (SAR) erlaubt die schnelle weltweite Ortung von speziellen Notsendern in Schiffen, Bojen und Flugzeugen. Die GALILEO-Satelliten sind alle mit Empfängern für das internationale COSPAS-SARSAT-System ausgestattet. Bei dem Empfang eines Notsignales, kann die Position des Notsenders genau geortet werden. Mit dem SAR-Signal der Satelliten werden die Daten zur Rettungszentrale übertragen und dem Notrufsender der Empfang des Notrufs bestätigt.
Abb. 3.30a: Die European GNSS Agency (GSA) in Prag [3]

3.3.2. GALILEO-Weltraumsegment

Abb. 3.31: GALILEO Orbits
Abb. 3.31: GALILEO Orbits [2]

Das voll ausgebaute GALILEO-System sollte ursprünglich 30 Satelliten (27 aktive und 3 Reserve) bestehen, die in drei kreisrunden Orbits in 29.601,297 km Abstand zum Erdmittelpunkt die Erde alle 14 Std. 5 Min. einmal umkreisen.Die Inklination der Umlaufbahnen gegenüber dem Äquator beträgt 56°. 
Aus politischen und wirtschaftlichen Gründen ist dieser Vollausbau mehrfach verschoben worden. Eine erste Ausbaustufe, die einen eingeschränkten Regelbetrieb ermöglichte, bestand aus nur 18 Satelliten.

3.3.2.1. Errichten des Weltraumsegments

Phase 1

Der Aufbau des GALILEO-Systems erfolgt in vier Phasen.  In der ersten Phase (ab 2003) erfolgte die Planung und die Definition des Systems. Diese Phase endete mit dem Start und der Inbetriebnahme der zwei Testsatelliten, Giove-A und Giove-B (GIOVE=GALILEO In-Orbit Validation Element ).
Der erste Untersuchungsschwerpunkt der beiden Testsatelliten bestand in der Erprobung der Atomuhr-Typen und der Charakterisierung ihrer Daten. Während GIOVE A nur eine Rubidium-Uhr an Bord hatte, wurde mit GIOVE B auch erstmalig eine Wasserstoff-Maser-Uhr getestet.
Nachdem die Uhren erfolgreich arbeiteten, konnte der Signalgenerator eingeschaltet werden und verschiedene Testsignale ausstrahlen, darunter auch mit dem neuen BOC- (Binary Offset Carrier-) Modulationsverfahren. GIOVE A überträgt Signale auf zwei Kanälen, GIOVE B auf drei Kanälen. Zwei wissenschaftliche Instrumente an Bord führen auch Messungen der Strahlung und anderer Charakteristiken in der Umgebung der Testsatelliten durch.
Die mit den Tests gewonnenen Erkenntnisse flossen in die endgültige Gestaltung des Gesamtsystems und seiner Elemente ein. Die beiden Testsatelliten GIOVE A und B entsprechen in ihrem Aufbau und der Ausrüstung noch nicht komplett den späteren Serienraumflugkörpern. Sie werden später auch nicht in das Weltraumsegment integriert.

Abb. 3.32: GIOVE-A
Abb. 3.32: GIOVE-A [2]
Abmessungen: 1,30 m x 1,74 m x 1,40 m 
Startmasse: 450 kg
Nutzlast: Rubidium-Atomuhren, Signalgenerator
Elektrische Leistung:  
660 W
Hersteller: Surrey Satellite Technology
Start: 28. Dezember 2005
Startort: Kosmodrom Baikonur
Träger: Sojus-Fregat
Mission: Experimentelles GALILEO-Signal auf zwei
neuen Frequenzbändern
Signale: E1, E6, E5-AltBOC

  

Abb. 3.33: GIOVE-B
Abb. 3.33: GIOVE-B [2]
Abmessungen: 0,95 m x 0,95 m x 2,40 m
Startmasse: 523 kg
Nutzlast: Rubidium- und Wasserstoffmaser-
Atomuhren, Signalgenerator
Elektrische Leistung:   
940 W
Hersteller: GALILEO Industries
Start: 27. April 2008
Startort: Kosmodrom Baikonur
Träger: Sojus-Fregat
Mission: Erprobung der Atomuhren
Signale: E1-CBOC, E1-TMBOC, E6, E5-AltBOC

Um einen Betrieb höchster Zuverlässigkeit zu garantieren, verfügt jeder der im Endausbau eingesetzten GALILEO-Satelliten über vier Atomuhren für extrem genaue Zeitmessungen: je zwei Wasserstoff-Maser-Uhren sowie zwei Rubidium-Uhren. Im Regelfall liefert eine Maser-Uhr die Bordzeit, während die anderen als Backup dienen.

Rubidium-Atomuhr
Abb. 3.34: Rb-Atomuhr
Abb. 3.34: Rb-Atomuhr [2]

(Rubidium Atomic Frequency Standard (RAFS)
Die als Backup genutzten Rubidium-Uhren arbeiten mit verdampftem Rubidium. Ihre „Ungenauigkeit“ beläuft sich auf eine Sekunde in 760 000 Jahren.

erzeugte Frequenz: 6,384 GHz
Masse:    3,2 Kg
Leistung: 30 W
Abmessungen: (H) 11,4 cm x (B) 10 cm x (L) 20,4 cm
Hersteller: SpectraTime (Schweiz)

Passive Hydrogen Maser (PHM)
Abb. 3.35: PHM
Abb. 3.35: PHM [2]

Die bei GALILEO verwendeten Maser-Uhren (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) arbeiten mit Wasserstoffatomen, die eine Frequenz von 1,420 GHz erzeugen. Die Uhr erreicht eine Abweichung von lediglich einer Sekunde in drei Millionen Jahren.
Masse:     18 Kg
Leistung:   70 W
Abmessungen: (H) 25 cm x (B) 21 cm x (L) 50 cm
Hersteller: SpectraTime (Schweiz)

Am 18. Januar 2017 gab der Generaldirektor der ESA Jan Wörner während einer Pressekonferenz (Stream bei 12:30 Minuten) bekannt, dass sieben der Wasserstoff-Maser-Uhren und drei Rubidium-Uhren ausgefallen sind. Bei einem Satelliten sind drei der vier Atomuhren ausgefallen. Eine der Rubidium-Uhren konnte neu gestartet werden. Kein Satellit ist wegen einer defekten Atomuhr funktionsunfähig. Die Ursache für die Ausfälle wird untersucht.

Phase 2: GALILEO In-Orbit Validation (IOV)

Die zweite Phase unfasste die Entwicklung, Start und Test von vier GALILEO-Satelliten und der Infrastruktur auf dem Boden. Diese Phase erlaubte es, das System sorgfältig abzuschätzen und zu bewerten ehe der Vollausbau begonnen wurde.
Die vier GALILEO IOV-Satelliten wurden paarweise (am 21. Oktober 2011 und 12. Oktober 2012) vom europäischen Raumfahrtzentrum in Kourou, Franz. Guyana, gestartet.  Die Satelliten wurden so positioniert, dass zwei von ihnen in der „Bahnebene 1“ und zwei in der „Bahnebene 2“ Platz finden. Zusammen mit einem Teil der Bodeneinrichtungen und einem Netzwerk von Testempfängern wurde mit diesen vier Satelliten sowohl das grundlegende Weltraumsegment als auch das zugehörige Bodensegment des GALILEO-Systems überprüft.
Zur Validierung, d.h. zum Nachweis der projektierten Daten des GALILEO-Systems, gehörte eine Analyse der Systemleistung, um nötige Verbesserungen rechtzeitig einführen zu können. Außerdem wurden die Verarbeitungsstrategien für die Navigations- bzw. Integritätsnachrichten sowie die Genauigkeit der empfangenen Messdaten überprüft.
Am 12. Dezember 2013 konnte erstmalig von einer Turboprop-Maschine aus über den Niederlanden eine Positionsbestimmung mittels der vier Galileo-Satelliten vorgenommen werden. (Quelle: (1))
Zwei im August 2014 gestartete Galileo-Satelliten erreichten aufgrund einer Fehlfunktion der Fregat-Trägerrakete nicht den gewünschten Orbit. Mit 11 Steuermanövern in 17 Tagen konnten die Satelliten aber gerettet werden. Im November 2014 nahmen sie, allerdings in einem suboptimalen Orbit, ihre Tätigkeit auf.
Die Galileo-Satelliten Nr. 7 und Nr. 8 wurden im März 2015 gestartet.

Abb. 3.36: GALILEO IOV
Abb. 3.36: GALILEO IOV [2]
Abmessungen: 2,70 m x 1,20 m x 1,10 m
Spannweite der Solarpanel :   
13 m
Startmasse: 680 kg
Elektrische Leistung: 1500 W (nach 12 Jahren)
Lebensdauer: mindestens 12 Jahre
Hersteller: GALILEO Industries
Start: 2011
Startort: Kourou, Franz. Guyana
Träger: Sojus-Fregat
Phase 3: Vollausbau des Systems

Die ersten vierzehn Satelliten für den Vollausbau werden von der Bremer Firma OHB Technology AG gebaut. Zusammen mit den vier IOV-Satelliten ist die erste Ausbaustufe von 18 Satelliten erreicht und das GALILEO-System in allen Funktionen betriebsfähig. Mit dem erfolgreichen Start von vier Satelliten am 17.November 2016 und der folgenden Inbetriebnahme meldete die ESA und die Europäische Kommission am 15. Dezember dieses Ziel für erreicht.

In diesem sogenannten Initialbetrieb liefert Galileo die Dienste Open Service (OS), Public Regulated Service (PRS) und Search and Rescue (SAR), hat aber nicht zu jeder Zeit die volle Abdeckung. 
Mit dem Start einer Ariane 5 sind am 12. Dezember 2017 die Satelliten Galileo 19 bis 22 erfolgreich in den Orbit gebracht und in Betrieb genommen worden. Vier weitere Galileo-Satelliten sind im Bau bzw. Erprobung. Der Start auf einer Ariane 5- Rakete ist für Juli 2018 geplant. Dann bietet Galileo eine globale und unterbrechungsfreie Abdeckung. Mit sechs weiteren Satelliten als Reserve erreicht Galileo 2020 den Endausbau.

Abb. 3.37: GALILEO Satellit
Abb. 3.37: GALILEO Satellit [2]
Abmessungen: 2,70 m × 1,20 m × 1,10 m
Spannweite: 14,8 m
Startmasse: 680 kg
Elektrische Leistung:  
1,5 kW (nach 12 Jahren)
Lebensdauer: über 12 Jahre
Hersteller: OHB System AG, Nutzlast: Surrey Satellite
Technology
Start: ab 2014
Startort: Kourou, Franz. Guyana
Träger: Sojus-Fregat (2 Satelliten pro Start),
eventuell auch Ariane 5 (bis zu 8 Satelliten
pro Start)
. Die Satelliten werden von den
Trägerraketen direkt in ihre Erdumlaufbahn
(MEO) gebracht.
Vierte Phase: Betrieb

Die vierte Phase umfasst den Betrieb und die Wartung des Systems.

3.3.2.2. Die Satellitensignale
3.3.2.2.1. Der GALILEO-Frequenzplan

GALILEO wird zehn unterschiedliche rechtszirkular polarisierte Navigationssignale in den Frequenzbereichen 1164-1215 MHz (5a-Frequenz und E5b-Frequenz), 1215-1300 MHZ (E6-Frequenz) und 1559-1592 MHz (E1-Frequenz oder E2L1E2-Frequenz) aussenden. Damit werden für das E5a- und das E1-Band die gleichen Frequenzen verwendet wie das amerikanische GPS. Dieser Umstand sorgte auf Seiten der Amerikaner für reichlich Unmut, da sie befürchteten, dass GALILEO das GPS stören könnte (Brief des US-Verteidigungsminister Wolfowitz an die EU-Verteidigungsminister). Erst nach langen Verhandlungen einigte man sich 2004 darauf, dass die USA GALILEO als gleichberechtigtes System neben GPS anerkennen und beide Systeme nicht nur kompatibel sondern interoperabel zueinander werden sollen. Im Gegenzug musste bei GALILEO im L1 / E1-Band Änderungen an der Modulationsart (BOC(1,1) statt (BOC(1,5)) vorgenommen werden, um eine geringere spektrale Überlappung von GPS- und GALILEO-Signalen zu erreichen. Zukünftige GNSS-Empfänger werden sowohl GPS als auch GALILEO-Signale empfangen und nutzen können. Durch die dann weitaus höhere Anzahl von sichtbaren Satelliten wird die Genauigkeit der berechneten Position erheblich steigert.

Abb. 3.38: GALILEO Frequenzplan
Abb. 3.38: GALILEO Frequenzplan
Tabelle 3.04: Erreichbare Genauigkeiten
Tabelle 3.04: Erreichbare Genauigkeiten
3.3.2.2.2. Verteilung der GALILEO-Dienste auf die Signale

Wie beim GPS verwenden alle GALILEO-Satelliten die gleichen Frequenzen. Die Selektion der einzelnen Satelliten im Empfänger erfolgt über den Spreizungs- (PRN-) Code mittels Korrelation. Die für GALILEO vorgesehenen Dienste sind definierten Frequenzen zugeordnet.

  • Die Daten für den  Open Service (OS) werden mit den Signalen E5a, E5b und E1-B abgestrahlt. Über die Kombinationen E5a/E1-B und E5b/E1-B ist ein Zweifrequenzempfang möglich. 
  • Der Safety Of Life-Service (SoL)  ist ein Zusatzdienst zum Open Service.  SoL verbessert die Zuverlässigkeit des OS-Dienstes indem rechtzeitig Warnungen über die Genauigkeit der Navigation und Zuverlässigkeit (Integrität) des Signales an den Benutzer gesendet werden. Ausstrahlung über E1-B und E5b-I
  • Der abonnierbare Commercial Service (CS) erlaubt den Zugriff auf zwei Signale gleichzeitig. Als Basisinformation dient das OS-Signal E1-B/E5a und E5b. Die CS-Zusatzinformation wird verschlüsselt auf E6B-I übertragen.
  • Der regulierte Public Regulated Service (PRS) wird ebenfalls auf zwei getrennten Frequenzbändern gesendet. Bei den Signalen A1-A und E6-A sind sowohl Spreizungscode als auch die Navigationsdaten verschlüsselt.
  • Die Signale E5a-Q, E5b-Q, E5b-Q und E1-C sind reine Pilotfrequenzen und übertragen außer dem Spreizungscode und dem Unterträger keine Daten. Diese Pilotsignale verkürzen die Akquisitionszeit (Einrasten) auf den Spreizungscode.

Im E1-Band und im E5-Band überdecken sich die Übertragungsbänder von GPS und GALILEO. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Signale auszuschließen, wird von GALILEO eine neu entwickelte Modulationsart, das Binary Offset Carrier- (BOC) Verfahren, bzw. optimierte Varianten davon, eingesetzt. Die Notwendigkeit der BOC-Modulation ergibt sich aus der Tatsache, dass die von GPS verwendete Modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying) ein nach der Sinc- (Kardinalsinus- oder Spalt-) Funktion geprägtes Spektrum hat. Daher haben BPSK-Signale die meiste spektrale Energie um ihre Trägerfrequenz herum konzentriert. BOC-modulierte Signale hingegen haben um den Träger herum eine niedrige spektrale Energie. Diese konzentriert sich in zwei Seitenbändern weiter vom Träger entfernt. Dieses wird auch als "Split Spectrum" (geteiltes Spektrum) bezeichnet.

Abb. 3.39: GALILEO Signale und Modulationsarten (Quelle: [3])
Abb. 3.39: GALILEO Signale und Modulationsarten (Quelle: [3])
Tabelle 3.05: Zusammenfassung der GALILEO Signalparameter
Tabelle 3.05: Zusammenfassung der GALILEO Signalparameter
Der GALILEO-SAR-Dienst

Das mit den GALILEO-Satelliten eingeführte L6-Signal ist eine Ergänzung zum COSPAS-SARSAT- (russ. und engl. 'Search and Rescue Satellite-Aided Tracking') System.
Das von automatischen COSPAS-SARSAT-Notrufsendern auf Schiffen, Flugzeugen, Rettungsflößen oder Notbaken gesendete SAR-Notrufsignal im 406 MHz-Band  wurde bislang von Satelliten in niedrigen Orbit (LEO), geostationären Satelliten (GEO) und nun von GALILEO-Satelliten empfangen und mit dem L6-Signal (1544-1545 MHz) an die entsprechenden Bodenstationen und Rettungszentren weitergeleitet. Das Neue an der Erweiterung durch GALILEO ist, dass der Notruf quittiert werden kann. Auf ein Kommando vom GALILEO-Kontrollzentrum strahlt der Satellit im E2, E1 (L1) in der  OS-Navigationsnachricht (I/NAV) ein Bestätigungssignal und ggf. Anweisungen von der Notrufzentrale an den Notrufenden zurück.
Da die Anzahl der COSPAS-SARSAT-tauglichen Satelliten durch das GALILEO-System stark erhöht wird, erhöht sich auch die Geschwindigkeit der Positionserkennung auf nahezu Echtzeit (vorher bis zu 60 Minuten) und die Ortungsgenauigkeit auf einige Meter (vorher einige Kilometer).

Abb. 3.40: SAR-Dienst über GALILEO
Abb. 3.40: SAR-Dienst über GALILEO
3.3.2.2.3. Aufbau der Open Service-Navigationsnachrichten

Für die unterschiedlichen Dienste, die das GALILEO-System bereitstellt, kommen entsprechende Nachrichtentypen zum Einsatz. Naturgemäß sind nur die Nachrichtenstrukturen des Open Service (OS) und des Safety of Life Service (SoL) veröffentlicht worden. Insgesamt können vier Nachrichtentypen unterschieden werden:

Tabelle 3.06: GALILEO Navigationsnachrichten
Tabelle 3.06: GALILEO Navigationsnachrichten

Eine GALILEO-Navigationsnachricht wird als eine Sequenz von Frames ("Rahmen") ausgesendet. Jedes Frame besteht aus einer festen Anzahl von Subframes ("Unterrahmen"), die wiederum aus mehreren Pages ("Seiten") bestehen. Eine Page ist die grundlegende Einheit im Aufbau einer Navigationsnachricht. Nur Pages sind mit Markierungen über den Inhalt versehen. So wird für die Dekodierung des Datenstroms keine besondere Information über die Struktur der vollständigen Navigationsnachricht benötigt. Dieser "atomare" Aufbau von Navigationsnachrichten macht sie flexibel und erlaubt es, die Strukturen bei Bedarf zu ändern.
Die zur Berechnung der Position benötigten Zeitmarken (im GST = GALILEO System Zeit) werden in festen Abständen (minimal 1 Sekunde) innerhalb jeder Page übertragen.

F/NAV Navigationsnachrichten

Navigationsnachrichten des des F/NAV-Typs enthalten die Informationen des frei verfügbaren Open Service's. Eine einzelne F/NAV-Nachricht besteht aus einem Frame, der innerhalb von 600 Sekunden (=10 Minuten) übertragen wird. Ein F/NAV-Frame gliedert sich in 12 Subframes (á 50 Sekunden). Ein Subframe besteht aus fünf Pages á 10 Sekunden. Jede F/NAV-Page ist 256 Bits lang, wovon 208 Bit Navigationsdaten sind.
Für den F/NAV-Nachrichten-Typ sind sechs verschiedene Typen von Pages definiert. In einem Subframe werden die Pages mit den Typen 1 bis 4 immer nacheinander übertragen. Die fünfte Page ist abwechselnd von Subframe zu Subframe entweder Page Typ 5 oder Typ 6. (siehe Abb. 3.41). Die Almanach-Daten des kompletten GALILEO-Systems (nominal 30 Satelliten) werden von jedem Satelliten mit zwei Frames (= 20 Minuten) übertragen.

Abb. 3.41: Struktur und Inhalt einer F/NAV-Navigationsnachricht
Abb. 3.41: Struktur und Inhalt einer F/NAV-Navigationsnachricht
I/NAV Navigationsnachrichten

Navigationsnachrichten des I/NAV-Typs  enthalten neben den allgemeinen Navigationsdaten zusätzlich die Information über die Genauigkeit des Signal (SISA= Signal in Space Accuracy, auf E1-B und E5b-I) und die SAR-Notrufquittierung (nur auf E5b-I).
Eine einzelne I/NAV-Nachricht besteht aus einem Frame, der innerhalb von 720 Sekunden (=12 Minuten) übertragen wird. Ein I/NAV-Frame gliedert sich in 24 Subframes (á 30 Sekunden). Ein Subframe besteht aus 15 Pages á 2 Sekunden. Jede Page besteht aus zwei Teilen á 1 Sekunde.  Jede I/NAV-Page ist 260 Bits lang, wovon 208 Bit Navigationsdaten sind. In jeder Page wird ein 128 Bit langes Wort (Word) übertragen, wobei das Wort auf die zwei Teile einer Page verteilt ist. 
Für den I/NAV-Nachrichten-Typ sind sechs verschiedene Typen von Pages über die Typen der Worte (Word Type) definiert.

Abb. 3.42: Struktur und Inhalt einer F/NAV-Navigationsnachricht (auf Signal E5b-I)
Abb. 3.42: Struktur und Inhalt einer F/NAV-Navigationsnachricht (auf Signal E5b-I)

3.3.3. Das GALILEO Bodensegment

Zentrale Einheiten des GALILEO-Systems sind die beiden GALILEO Kontrollzentren. Jedes Kontrollzentrum erfüllt spezifische Aufgaben, die sich grob in die Bereiche Satellitenkontrollsystem (Ground Control Segment = GCS) und Navigationskontrollsystem (Mission Control Segment  = GMS)) unterteilen lassen. Das Ground Control Segment ist für den Betrieb und den Unterhalt der Satelliten sowie deren Konstellation zuständig, während das Mission Control Segment das Navigationssystem betreut.

Satellitenkontrollsystem

Das GCS ist über ein Netzwerk von fünf auf der Erde verteilten TT&C- (Telemetry, Tracking and Telecommand-) Stationen ständig mit allen Satelliten des Systems verbunden. Die TT&C-Stationen sind mit großen 13 m-Parabolantennen ausgestattet. Die Kommunikation mit den Satelliten erfolgt über Frequenzen im S-Band (2,6 - 3,95 GHz).

Navigationskontrollsystem

Schon bevor das GALILEO-System komplett ausgebaut ist, verfügt das GMS ein Netz von 30 bis 40 GALILEO Sensor Stations (GSS) um die Navigationssignale der Satelliten ständig zu überwachen. Hauptbestandteile einer GSS sind mehrere Präzisionsantennen und Referenzempfänger. Die Anbindung der GSS an das GMS erfolgt über kommerzielle Satelliten, aber auch über Kabel. Wenn nötig, ist die Anbindung redundant ausgelegt.
Die dabei gewonnenen Daten erhält das Rechenzentrum des GMS, das zusammen mit weiteren Informationen (Zeitsignal der Bodenstationsuhren, Ionosphärendaten u.a.) die neuen Orbitdaten jedes Satelliten ermittelt. Zudem erfolgt eine Synchronisation aller Borduhren mit den Atomuhren der Kontrollstation, eine Vorhersage der Bahnverläufe für die nächsten Stunden und die Bewertung und Vorhersage der Integrität aller Satellitensignale (SoL-Dienst). Diese Berechnungen werden alle zehn Minuten durchgeführt. Die Ergebnisse der Berechnungen werden über neun Uplink-Stationen (ULS) mittels 3 Meter-Antennen im C-Band (3,95 - 5,8 GHz) zu den Satelliten übertragen, so dass diese wieder über die korrekten Navigationsinformationen verfügen.

Abb. 3.43: GALILEO Bodensegment
Abb. 3.43: GALILEO Bodensegment (Einzelbilder [2])
Abb. 3.44: GALILEO Überwachungs- und Kontrollstationen
Abb. 3.44: GALILEO Überwachungs- und Kontrollstationen

 

 

Referenzen

Abbildungen

[1] Abb. 3.30a: "GALILEO Logo"; Quelle: Europäische Kommission Media-Downloads
http://ec.europa.eu/growth/sectors/space/galileo/media-downloads/images/logo_galileo-esa_definitif_for_ppt.jpg

[2] Abb. 3.31 - 3.37, 3.43 "Galileo"; Quelle: ESA Pressefotos;
http://www.esa.int/spaceinimages/Missions/Galileo/%28class%29/image

[3] Abb. 3.30b: "Die European GNSS Agency (GSA) in Prag"; Quelle: GSA

 

Weblinks

1. Meldung der ESA über die erste geglückte Positionbestimmung über GALILEO

2. GALILEO-Website der ESA

3. GALILEO-Website der Europäischen Kommission

4. ESA: Galileo signals and frequencies

5. OHB: Informationen zu Galileo-Satelliten

6. Website der GSA (European GNSS Agency)

7. Pressekonferenz  der ESA am 18. Januar 2017 (Bekanntgabe der Probleme mit den Atomuhren an Bord der Galileo-Satelliten (bei 12:30 Minuten))

Zuletzt bearbeitet am 13.12.2017

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