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GNSS - Globale Navigations-satellitensysteme

Inhaltsverzeichnis

3. Die globalen Satellitensysteme

3.4. GLONASS

Abb. 3.45: GLONASS Logo
Abb. 3.45: GLONASS Logo [1]

Das Navigationssystem GLONASS (Globalnaja Nawigazionnaja Sputnikowaja Sistema = Globales Satellitennavigationssystem) ist das russische Gegenstück zum US-amerikanischen GPS. Aus den gleichen strategischen Beweggründen geschaffen wie GPS, steht auch GLONASS unter der ausschließlichen Kontrolle des Militärs (Verteidigungsministeriums der Russischen Föderation).
Die Entwicklung des Systems begann 1972. Die ersten drei Satelliten starteten am 12. Oktober 1982, das System ist am 24. September 1993 offiziell als betriebsbereit erklärt worden. Der vorläufige Vollausbau, bestehend aus 21 Satelliten wurde 1996 erreicht. Bedingt durch den Zerfall der UdSSR und der kurzen Lebenszeit der ersten Uragan-Satelliten von drei Jahren sank die Anzahl im Jahr 2001 auf sieben. Damit war GLONASS nicht mehr voll funktionsfähig.
2005 ordnete der damalige Ministerpräsident von Russland einen zügigen Wiederaufbau des Sytems an. Ab 2011 war GLONASS wieder einsatzfähig. Der endgültige Vollausbau mit 27 aktiven und drei Reservesatelliten sollte im Rahmen des Instandhaltungs- und Ausbauprogrammes bis 2013 erfolgen. Das Versagen von zwei Proton-Trägerraketen (2010 und 2013) mit jeweils drei Satelliten bedeuteten schwere Rückschläge für die Einsatzfähigkeit des Systems.
2015 bestand das GLONASS-Navigationssystem aus 24 aktiven und vier Reservesatelliten.

 

3.4.1 GLONASS Weltraumsegment

GLONASS-Satelliten umlaufen die Erde in drei Bahnebenen mit einer Inklination von 64,8°. Durch diese hohe Neigung  erreichen die Satelliten in nördlichen Breitengraden eine größere Höhe über den Horizont, was für die genaue Berechnung der Position vorteilhaft ist. Die Große Halbachse (Entfernung zum Erdmittelpunkt) beträgt 25.500 km (=19.100 km Höhe ü. Gr.). Die Umlaufzeit beträgt 11 Stunden und 15 Minuten. Die relativ geringe Bahnhöhe führt zu einer verkürzten Lebensdauer (Uragan-M: 7 Jahre, Uragan-K: 10 Jahre) der GLONASS-Satelliten.
Die modernen Uragan-K-Satelliten habe eine Masse von ca. 750 kg. Die beiden Solarpanel liefern ca. 1.270 W.
Aktuell werden Uragan-Satelliten entweder paarweise mit Soyuz-2-1a Fregat-Raketen oder zu sechst mit Proton-K Briz-M-Raketen gestartet.

Abb. 3.46: Status von GLONASS am 2.04.2015 (Quelle: http://glonass-iac.ru/en/GLONASS/)
Abb. 3.46: Status von GLONASS am 2.04.2015 [2]
3.4.1.1 GLONASS-Frequenzplan und Signale

Jeder GLONASS-Satellit sendet auf zwei Frequenzen zwei PRN-Codes (ziviles C/A-Signal  und militärisches P-Signal). Alle Satelliten senden die gleichen Codes nur auf unterschiedlichen Frequenzen im L1- und L2-Band:

  • L1 = 1602 MHz + KNr · 562,5 kHz
  • L2 = 1246 MHz + KNr · 437,5 kHz (KNr ist die Kanalnummer ("RF chnl", siehe Abb. 3.46))

Die Genauigkeit des zivilen Signals soll ca. 100 Meter (weil künstlich verschlechtert)  betragen, die des militärischen 10-30 Meter. Durch den Ersatz älterer Satelliten wird sich die Positionsgenauigkeit an die von GPS und GALILEO annähern.

Abb. 3.47: Frequenzplan GLONASS
Abb. 3.47: Frequenzplan GLONASS

  

3.4.2 GLONASS-Bodensegment

Abb. 3.48: SLR in Shelkovo (bei Moskau)
Abb. 3.50: SLR in Shelkovo (bei Moskau) [3]

Wie bei GPS oder Galileo besteht das GLONASS-Bodensegment aus einem Systemkontrollzentrum (in Krasnoznamensk, nahe Moskau) und einem Netzwerk von  über ganz Russland und einigen benachbarten Staaten verteilten Bodenstationen.

Das Systemkontrollzentrum liefert die zur Steuerung der Satellitenkonstellation benötigten Telemetrie- und Konstrollfunktionen. Hierzu verwendet es die von fünf Telemetry, Tracking and Command-Zentren und den etwa zehn Monitor-Stationen gewonnenen Daten. Zur Synchronisation der Cäsium-Atomuhren an Bord der GLONASS-Satelliten dient eine zentrale Wasserstoff-Atomuhr in Schelkovo (bei Moskau).

Zwei Laser-Entfernungsmessstationen (in Schelkovo und Komsomoisk) vermessen die Satellitenbahnen mit höchster Präzision. Die so gewonnenen Daten dienen zur Bestimmung der GLONASS Ephemeriden.

Abb. 3.49: GLONASS Bodenstationen
Abb. 3.49: GLONASS Bodenstationen
Ausbau des Bodensegments

Um die Genauigkeit des GLONASS-Systems ausserhalb des Kernbereiches auf dem eurasischen Kontinent zu steigern und um mit GPS, Galileo und Beidou weltweit konkurieren zu können, plant die russische Weltraumbehörde die Ausdehnung ihres Bodensegments. Es kam zu einem Eklat, als die USA den Wunsch Russlands nach fünf Stationen auf amerikanischen Boden wegen des Verdachts auf eine mögliche Spionagetätigkeit abgelehnte (Artikel der New York Times).
Russland regierte daraufhin mit der Bekanntgabe GPS künftig nicht mehr unterstützen zu wollen und mehrere GPS-basierte Messstationen für Geowissenschaften (Plattentektonik) in Russland möglicherweise schließen zu lassen (Artikel auf space.io9.com und sputniknews.com).

SBAS  (Satellite Based Augmentation System)

Das satellitengestütztes Erweiterungssystem (SBAS = Satellite Based Augmentation System) SDCM (System of Differential Correction and Monitoring) ergänzt das GLONASS-Bodensegment mit weiteren Bodenstationen und kann die Genauigkeit der Positionsangabe erhöhen.

 

 

Referenzen

Abbildungen

[1] App. 3.45 "GLONASS Logo": Lizenz: CC-A-2.5 (Creative-Commons 2.5 generisch (US-amerikanisch);
Quelle: Glonass.jpg by Huunta at tr.wikipedia; http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glonass.jpg

[2] Quelle:  http://glonass-iac.ru/en/GLONASS/

[3] Quelle:  http://ilrs.gsfc.nasa.gov/images/shelkovo.jpg

Weblinks

1. Offizielle GLONASS-Website https://glonass-iac.ru/en/

2. GLONASS Groundsegment http://www.navipedia.net/index.php/GLONASS_Ground_Segment

 

Zuletzt bearbeitet am 5.05.2015

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