Galileo Satellitennavigationssystem – alles Wissenswerte zum europäischen GNSS

Insgesamt 30 Satelliten sind für das europäische Glalileo GNSS geplant (Grafik: ESA).

Was ist Galileo Satellitennavigation? Wie genau ist sie und wie genau ist sie im Vergleich zu GPS oder GLONASS? Das erfährst du in diesem Artikel. Du erfährst auch, wie du ein Satellitennavigationsgerät bekommst, das mit Galileo funktioniert. In diesem Artikel geht es um die Grundlagen der Funktionsweise von Galileo und um die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme. Außerdem gehen wir auf die Zukunft von Galileo und seine Bedeutung für die Industrie ein.

Was ist das Galileo Satellitennavigationssystem?

Was ist Galileo Satellitennavigation? Dieses globale Satellitennavigationssystem wurde im Oktober 2011 gestartet. Es ist das genaueste System der Welt und dient 2,3 Milliarden Nutzern weltweit. Galileo hat 26 Satelliten, die die Erde in einer Höhe von etwa 23.000 km umkreisen. Diese Satelliten werden von Sensoren und terrestrischen Zentren auf der ganzen Welt unterstützt. Das macht Galileo zu einem unverzichtbaren Bestandteil jedes Verkehrssystems, denn ohne Galileo wären Millionen von Menschen gestrandet und hätten sich verirrt.

Galileo wird den Nutzern weltweit kostenlose Basisnavigationsdienste mit einer Genauigkeit von einem Meter zur Verfügung stellen. Zudem können die Nutzer die verbesserten Ortungsdienste des Systems nutzen, insbesondere in hohen Breitengraden. Ein einzigartiges Merkmal von Galileo ist seine globale Such- und Rettungsfunktion. Wenn eine Person in Not gefunden wird, sendet der Transponder auf dem Satelliten ein Notsignal an das Rescue Co-ordination Centre und leitet eine Rettungsaktion ein. Das System informiert dann den Nutzer über die Situation.

Eine Galileo-Bodenstation wurde im November 2009 in der Nähe von Kourou, Französisch-Guayana, eingeweiht. Seitdem hat sich die Anzahl der Galileo-Satelliten in der Umlaufbahn erhöht. Dadurch haben sich die Zuverlässigkeit der Signale und die Leistungsfähigkeit der Dienste erhöht. Es wird erwartet, dass das System bis 2020 voll einsatzfähig ist und leistungsstarke Dienste auf der ganzen Welt anbietet. Die Verkehrsminister der Europäischen Union haben sich darauf geeinigt, dass der Dienst bis 2013 voll funktionsfähig sein soll. Jüngste Pressemeldungen deuten jedoch darauf hin, dass sich die Inbetriebnahme bis spätestens 2014 verzögern wird.

Bislang hat das Galileo-System drei Hauptfunktionen: die Erzeugung von Signalen, die Übertragung von Signalen und die Speicherung und Weiterleitung von Navigationsmeldungen. Das Galileo-Bodensegment sendet Navigationsnachrichten an das Galileo-Raumsegment, das Signale mit einer bestimmten Galileo-Signalstruktur sendet. Das Galileo Raumsegment empfängt die vom Bodensegment gesendeten Navigationsnachrichten und sendet sie an die Satelliten zurück. Hochpräzise Atomuhren an Bord der Satelliten steuern diese Funktionen.

Wie hoch ist die Genauigkeit von Galileo?

Die Genauigkeit der Satellitennavigation von Galileo ist sehr gut. Der größte Teil des Fehlers wird durch Fehler in der Umlaufbahn und das andere Drittel durch Uhrfehler verursacht. Wenn die Atomuhr 3 Nanosekunden hinterherhinkt, dann sieht der Satellit einen Meter weiter weg aus, als er tatsächlich ist. Die Genauigkeit ist gut genug, um für Navigationszwecke verwendet zu werden, aber sie ist immer noch weit davon entfernt, perfekt zu sein. Galileo verwendet ein hochpräzises Ionosphärenmodell namens NeQuick. Die daraus resultierende Genauigkeit ist mit der von GPS vergleichbar. Mehrmals am Tag werden die Ephemeriden auf den Satelliten hochgeladen, um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Hier ein Auszug aus dem NeQuick Ionossphährenmodell, Quelle: European Space Agency.

Hier ein Auszug aus dem NeQuick Ionossphährenmodell, Quelle: European Space Agency.

Seit Dezember 2016 bietet das Galileo-System seine Dienste im Rahmen der Initial Operational Capability (IOC) an. Dies ist die erste Phase des Galileo-Programms. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung wird besser sein als bei GPS, aber das System ist noch mit Problemen behaftet. Bis heute sind nur 21 der 28 Galileo-Satelliten funktionsfähig, was bedeutet, dass es gelegentlich Lücken in der Abdeckung oder eine schlechte Positionsbestimmung geben wird.

Im März 2016 war die Genauigkeit von Galileo mehr als doppelt so hoch wie die von GPS, aber die verbesserte Interoperabilität des Systems mit anderen GNSS-Systemen hat es für die Nutzer einfacher gemacht. Ein Empfänger mit Multikonstellationsfähigkeit kann zum Beispiel Signale aus mehreren Konstellationen kombinieren und so eine höhere Genauigkeit liefern. Die EUSPA arbeitet auch eng mit Chip-Herstellern zusammen, um Galileo mit den aktuellen GPS-Empfängern kompatibel zu machen und neue zu entwickeln.

Die GSA ist für die Wartung des Galileo-Systems zuständig und veröffentlicht vierteljährlich Leistungsberichte. Die Berichte sind zwar schön anzusehen, können aber nicht die Genauigkeit von Galileo beweisen. Ein kürzlicher Ausfall betraf zum Beispiel nur 5 % der Galileo-Satelliten. Die GSA entschuldigte sich zwar für den Ausfall, argumentierte aber, dass sich Galileo noch in der Anfangsphase befindet. Die meisten Probleme scheinen jedoch softwarebasiert zu sein.

Quelle: glonass-iac.ru

Quelle: glonass-iac.ru

Galileo und russisches GLONASS im Vergleich

Die erste Frage, die du dir stellen solltest, ist, welches Satellitensystem genauer ist – Galileo oder GLONASS? Beide Systeme bieten ein ähnliches Maß an Genauigkeit, haben aber ihre eigenen Stärken und Schwächen. Während GPS zum Beispiel in höheren Breitengraden eine höhere Positionsgenauigkeit bietet, ist Galileo in niedrigeren Breitengraden genauer. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Systemen ist die Empfindlichkeit, die bei der Wahl eines Satellitennavigationssystems eine wichtige Rolle spielt.

Die Vorteile von Galileo sind vielfältig. Die höhere Genauigkeit ist gut für Alltagsprodukte wie Mobiltelefone und Navigationssysteme. Auch die Rettungsdienste werden davon profitieren. Die europäischen Straßen und Eisenbahnen werden dank der Galileo-Dienste sicherer sein. Galileo wird die Innovation ankurbeln und neue Produkte in Europa fördern, so dass Europa im Jahr 2021 einen größeren Anteil am globalen GNSS-Markt haben wird.

Der PDOP-Wert für jedes System zeigt an, wie viele Satelliten 24 Stunden lang sichtbar sind. Sowohl GPS als auch GLONASS lieferten die höchste Anzahl an verfügbaren Satelliten, aber die Ergebnisse lagen dicht beieinander. In diesem Beispiel lieferte GPS die höchste Verfügbarkeit von Satelliten, während GLONASS und Galileo ähnliche Sichtbarkeitswerte aufwiesen. Im Falle einer GPS-GLONASS-Kombination lieferten sie ähnliche Ergebnisse.

Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen Galileo und Glonass ist die Frequenz der Signale. Glonass hat eine viel niedrigere Frequenz, aber es funktioniert nicht so gut wie Galileo. Galileo bietet präzisere Signale, aber es erfordert auch eine größere Satellitenkonstellation. Um die bestmöglichen Positionsdaten zu erhalten, muss ein Satellit vier Satelliten "sehen".

Insgesamt 30 Satelliten sind für das europäische Glalileo GNSS geplant (Grafik: ESA).

Insgesamt 30 Satelliten sind für das europäische Glalileo GNSS geplant (Grafik: ESA).

Galileo und amerikanisches GPS im Vergleich

Das Galileo-Satellitennavigationssystem, das die GPS-Satelliten ersetzen wird, ist eine GNSS-Konstellation im Besitz der Europäischen Union. Die ESA, die europäische Raumfahrtagentur, wird die Konstellation bauen und betreiben, die schließlich 30 einsatzbereite Satelliten und sechs Ersatzsatelliten in der Umlaufbahn haben wird. Die Early Operational Capability wurde 2016 eingeführt und soll bis 2020 voll einsatzfähig sein.

Die Europäische Union (EU) hat ihr eigenes Konzept für die Satellitennavigation. Sie hat den Dienst in fünf Kategorien unterteilt: L1, L2, E5, E5A und E5. Die Signale werden mit dem L1-GPS-Signal und dem kommenden L5-Signal kompatibel sein. Die Europäische Union hat diese fünf Stufen definiert, die sie als offene Dienste bezeichnet. Das bedeutet, dass die Signale frei genutzt werden können. Das hat allerdings auch einige Nachteile.

Der Unterschied in der Genauigkeit ist für die Nutzer nicht signifikant. Ein Empfänger muss mit mindestens vier Satelliten verbunden sein, um seinen Standort zu bestimmen. Geräte mit mehreren Satelliten sind schneller und genauer. Je nach Situation kann das eine System in einer städtischen Umgebung besser funktionieren als das andere. Außerdem sind GLONASS und Galileo in städtischen Gebieten genauer. Das GPS wird oft mit einem GNSS gekoppelt, um den Nutzern eine bessere Navigationsgenauigkeit zu bieten.

Die EU ist nicht das einzige Land, das Galileo nutzt. Die Ukraine und Marokko haben sich dem Projekt angeschlossen. Auch Marokko hat sich dem Programm angeschlossen und verfügt über ein einziges Servicezentrum in Madrid. Während Großbritannien und die EU über die genaue Mittelzuweisung für das Projekt uneins sind, gibt es Anzeichen dafür, dass die EU mehr Mittel für das System in Betracht zieht.

Was spricht für Galileo?

Hier zitiere ich einfach mal die EUSPA-Webseite:

Galileo liefert verbesserte Positions- und Zeitinformationen, die sich positiv auf viele europäische Dienste, Unternehmen und Nutzer auswirken. Ein Beispiel:

  • Dank der Multikonstellation von Empfängern, zu der Galileo beiträgt, können die Nutzer/innen jetzt ihre genaue Position mit größerer Genauigkeit bestimmen.

  • Die Zweifrequenzfähigkeit von Galileo bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf die erreichbare Genauigkeit, aber auch in Bezug auf die verbesserte Störungssicherheit.

  • Die Produkte, die die Menschen jeden Tag benutzen, vom GPS in deinem Auto bis zum Mobiltelefon, profitieren von der höheren Genauigkeit, die Galileo bietet.

  • Kritische Notfalldienste profitieren von Galileo.

  • Galileo trägt dazu bei, Europas Straßen und Eisenbahnen sicherer und effizienter zu machen.

  • Galileo kurbelt die europäische Innovation an, trägt zur Entwicklung zahlreicher neuer Produkte und Dienstleistungen bei, schafft Arbeitsplätze und ermöglicht es Europa, einen größeren Anteil am Weltmarkt für Mehrwertdienste zu besitzen, der Prognosen zufolge im Jahr 2029 166 Milliarden Euro erreichen wird  (Quelle: GSA GNSS Market Report Issue 6).

Alternativen für die Galileo-Satellitennavigation

Eine von der University of Sussex veröffentlichte Studie schlägt eine Alternative zu Galileo vor, die billiger wäre, ein vergleichbares Maß an Zuverlässigkeit, Kontinuität und Verfügbarkeit bieten würde und fünfmal so genau wäre. Prof. Chris Chatwin von der University of Sussex stellt seine Pläne für ein SBAS vor, das auf einem nationalen Satelliten untergebracht werden soll. Ein solches System wäre eine kostengünstigere Alternative zu Galileo, dessen Start für 2026 geplant ist.

Galileo hat sich jedoch nur langsam entwickelt und war von Kontroversen und politischen Auseinandersetzungen geprägt. Außerdem wird es von PR-Bildern von Männern in Anzügen geplagt, die Verträge unterzeichnen. Trotz dieser Schwierigkeiten hat die Europäische Weltraumorganisation vier der ursprünglich geplanten 30 Satelliten gestartet und ist beauftragt, weitere 22 zu starten, um die Konstellation zu vervollständigen. Bis Ende 2014 soll die Satellitenkonstellation über achtzehn einsatzfähige Satelliten verfügen und bis Ende 2015 über 26.

Diese Systeme basieren auf der gleichen Technologie, was bedeutet, dass man sie in einer unbekannten Stadt leicht finden und um sie herum navigieren kann. Allerdings sollte man bedenken, dass GPS und Galileo nicht für den Einsatz in Gebieten geeignet sind, in denen es nur wenige oder gar keine Mobilfunkmasten gibt. Während GPS und Galileo bei Reisen in städtischen Gebieten effektiv sind, sind sie in dünn besiedelten oder dunklen Gebieten unwirksam.

Auch wenn die Europäische Union die Entwicklung des Galileo-Projekts unterstützt, darf nicht vergessen werden, dass es sich um ein weitgehend ziviles System handelt, das nicht auf das Militär ausgerichtet ist. So werden 26 der dreißig Satelliten, aus denen das System bestehen wird, bereits im Jahr 2020 einsatzbereit sein. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat erklärt, dass sie beabsichtigt, das europäische Ortungssystem fünfmal genauer als GPS zu machen. Daher ist es wichtig zu wissen, dass dieses System das GPS in keinem Land ersetzen wird.

Quellen:

  1. https://www.esa.int/Applications/Navigation/Galileo_and_EGNOS
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Galileo_(Satellitennavigation)
  3. https://www.bmvi.de/DE/Themen/Digitales/Satellitennavigation/GALILEO/galileo.html


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