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Mehr Genauigkeit, mehr Alltagsnutzen: Galileo.

Satellitennavigation ist heute Alltag: Fast jedes Smartphone nutzt die Signale von Satelliten, um die Position zu bestimmen. Dabei genügen die Signale von vier Satelliten, um den eigenen Standort exakt festzulegen. Das US-amerikanische GPS war das erste System, das russische GLONASS folgte und das chinesische Beidou ist im Aufbau. Ebenso das europäische System Galileo, das voraussichtlich 2020 voll einsatzfähig ist.

© ESA

Galileo wird das einzige System unter ziviler statt militärischer Kontrolle sein. Die Beeinflussung der Galileo-Signale liegt also nicht im Einfluss des Militärs, wie es bei anderen Systemen wie z.B. GPS oder GLONASS möglich ist. Ein Containerschiff, das zentimetergenau und automatisiert in einen Hafen einfährt, sollte sich eben besser nicht auf ein System verlassen müssen, das unter Umständen einer solchen Beeinflussung unterliegt.

Der größte Vorteil von Galileo wird allerdings seine hohe Genauigkeit sein: Statt acht Metern für zivile Zwecke wie bei GPS werden als Standard vier Meter Genauigkeit erreicht (mit 2-Frequenz-Empfängern) – eine Verdopplung also. Kostenpflichtige Zusatzdienste, die weitere Hardware erfordern, werden sogar Genauigkeiten im Bereich von 25–50 Zentimetern ermöglichen. Auf dieser Basis werden in naher Zukunft viele neue standortbasierte Anwendungen entstehen, die auch unseren Alltag verändern werden.

GATE: Schon heute testen,
was GALILEO morgen können wird.

Galileo wird 30 Satelliten umfassen. Davon wurden bis jetzt acht ins All geschossen. Für erste Tests genügt das bereits. Damit schon heute Produkte entwickelt werden können, die die Vorteile von Galileo nutzen, wurden fünf Galileo Test- und Entwicklungsumgebungen (GATEs) in Deutschland eingerichtet. Sie simulieren die im All noch fehlenden Satelliten einfach am Boden durch „Pseudolites“, also Pseudo-Satelliten. Und das schon seit 2008.

In Deutschland wird die Zukunft der Navigation erforscht.


 

Genauer anlegen. Im Seehafen Rostock müssen 200-Meter-Fähren wie die „Mecklenburg-Vorpommern“ eine 180-Grad-Kehre machen, um rückwärts an den Anleger manövrieren zu können – auch bei Dunkelheit und dichtem Nebel. Automatisch „einparken“ geht heute noch nicht, weil die maximale Genauigkeit von aktueller Satelliten-Navigationstechnik plus Differenzial-GPS bei nur einem Meter liegt. Seit 2008 bilden in Rostock sechs Pseudolites die Galileo-Test- und Entwicklungsumgebung „Sea Gate“. Hier werden automatische und damit sicherere und zugleich schnellere Anlegemanöver bei einer Ortungs-Genauigkeit von 25 Zentimetern getestet.

© 2010 SEA GATE

Sicher landen. Große Flughäfen lotsen mit eigenen Instrumentenlandesystemen (ILS) Flugzeuge auch bei Null Sicht exakt auf die Landebahn. Auf kleinen Flughäfen müssen sich Piloten bisher weitgehend auf GPS verlassen.
Am Forschungsflughafen Braunschweig wird mit neun Pseudolites in der Galileo-Test- und Entwicklungsumgebung „aviationGATE“ ein Galileo-Regelbetrieb simuliert. Es zeigt sich: Die Genauigkeit – und damit auch die Sicherheit bei Landungen – erhöht sich gegenüber GPS deutlich. Möglicherweise wird die Installation von Pseudolites eine sinnvolle Lösung für kleine Flughäfen sein, die sich kein ILS leisten können.

© Institut für Flugführung, TU Braunschweig

Navi für Züge. In Wegberg-Wildenrath, rund 50 Kilometer nördlich von Aachen, erreicht auf einem Werksgelände von Siemens die Galileo-Test- und Entwicklungsumgebung für den Schienenverkehr „railGATE“ mit acht Pseudolites eine Navigationsgenauigkeit von 50 Zentimetern. Sie verbessert automatisierte Rangiermanöver: Anstelle einer bemannten Rangierlok werden Waggons mit Hilfe eines selbstfahrenden Rangiergefährts platziert und gekuppelt. So wird zukünftig Fracht auf der Schiene schneller.

© Anselm Daniel vom Institut für Schienenfahrzeuge und Fördertechnik (IFS) der RWTH Aachen

Unfälle vermeiden. 50 Prozent aller Verkehrsunfälle in der EU sind Zusammenstöße von Fahrzeugen. Autos können sich noch nicht gegenseitig warnen („ACHTUNG an alle mir folgenden Fahrzeuge! Ich bin hinter der Kuppe liegengeblieben“). Dafür wäre unter anderem eine exaktere Positionsbestimmung nötig, als GPS sie bietet.
In Aldenhoven-Siersdorf bei Aachen bilden sechs Pseudolites die Galileo-Test- und Entwicklungsumgebung für den Straßenverkehr „automotiveGATE“, um Kollisions-Vermeidungssysteme zu testen. Die nicht-öffentliche Autobahn-Teststrecke ist aus dem Fernsehen bekannt: Die Stunts der RTL-Serie „Alarm für Cobra 11“ werden hier gedreht.

© Frank-Josef Heßeler RWTH Aachen

Schlaglöchern entgehen. Wären auf einer Straßenkarte Schlaglöcher zentimetergenau eingezeichnet und wüssten Autos ebenso zentimetergenau, wo sie sich gerade befinden, könnten selbstlenkende Autos die Schlaglöcher einfach umfahren. Fährt ein Auto über ein neues, noch nicht kartiertes Schlagloch, würden dessen Positionsdaten automatisch in einer Cloud-Datenbank abgelegt, auf die wiederum die nachfolgenden Fahrzeuge zurückgreifen.

© DLR

GATE in Berchtesgaden


 

GATE im Raum Berchtesgaden ist seit 2008 eine auf der Welt einzigartige Test- und Entwicklungsumgebung, um Forscher und Entwickler auf die Herausforderungen des künftigen Galileo-/GPS-Navigationsmarktes vorzubereiten.

© IFEN GmbH

Mit Hilfe von acht virtuellen Galileo-Satelliten, die auf Bergen rund um das Testgebiet installiert wurden, können Galileo-Anwendungen unter realen Bedingungen erprobt werden: Die Pseudolites simulieren echte Satelliten, indem ihre Signale vorgaukeln, sie flögen im All über den Boden hinweg.

© IFEN GmbH

Ergänzt werden diese Pseudolites durch die echten Galileo-Satelliten, von denen bislang acht ins All geschossen wurden. Im Rahmen von GATE testen Wissenschaftler und Unternehmen, wie gut Galileo funktioniert, zum Beispiel bei der Ortung von Lawinenopfern, bei autonomem Fahren im echten Straßenverkehr inklusive Signal-Abschattungen in Städten, Helikopter-Navigation (zum Beispiel um Rettungshubschrauber auch bei miserabler Sicht oder während der Nacht sicher zu einem Landeplatz in Unfallnähe zu lotsen).

© IFEN GmbH

Galileo: europäische Satellitennavigation mit Atomuhr-Genauigkeit.

Von insgesamt geplanten 30 Satelliten sind derzeit vier aus der Testphase (seit 2011) im All. Dazu vier weitere, die 2014 und 2015 gestartet wurden (zwei davon allerdings nach einem missglückten Start in einem anderen als dem vorgesehenen Orbit). Diese Satelliten wurden alle in Bremen und München gebaut.

© ESA

Gesteuert werden die Galileo-Satelliten aus dem Kontrollzentrum des DLR in Oberpfaffenhofen und vom italienischen Fucino aus.

An Bord der Satelliten befinden sich hochgenaue Atomuhren: Mit jedem Signal, das einer der Satelliten zum Empfänger auf der Erde schickt, wird auch die genaue Versandzeit mit einer bisher noch nicht erreichten Genauigkeit versendet. Nur so kann aus der Laufzeit des Signals sowie aus den Satellitenpositionen im Weltall der Standort beispielsweise eines Fahrzeugs auf der Erde derart exakt berechnet werden, wie es mit GALILEO möglich sein wird. Zur präzisen Zeitmessung sind die Galileo-Satelliten mit Atomuhren ausgestattet, die so genau gehen, dass es innerhalb von drei Millionen Jahren lediglich zu einer Abweichung von einer Sekunde kommen würde.

Die Galileo-Dienste

Offener Dienst (Open Service, OS)

Ähnlich wie GPS und GLONASS werden die Galileo-Daten frei und kostenlos empfangbar sein – mit vier Meter Ortungsgenauigkeit (bei Verwendung eines 2-Frequenz-Empfängers) allerdings etwa doppelt so präzise. Der größte Vorteil als öffentliches europäisches System ist allerdings die verlässliche Genauigkeit, die nicht vom Militär beeinflusst wird.

Die verbesserten Atomuhren an Bord der Satelliten gewährleisten dank ihrer enormen Präzision zudem eine noch nie dagewesene Genauigkeit der Zeitreferenz. Das wiederum ist bedeutend für den einheitlichen Systemtakt.

Commercial Service (CS)

Kommerzieller Dienst mit Zusatzinformationen (also nochmals höherer Genauigkeit bis hin zu 25 Zentimetern), zum Beispiel für hochgenaues Vermessungswesen, Netzsynchronisation und zur exakten Authentifizierung von Standorten und Bewegungsdaten im Flottenmanagement.

Public Regulated Service (PRS)

Ein staatlicher Dienst vor allem für hoheitliche Anwendungen (Polizei, Feuerwehr): Die Signale sind nicht nur hochgenau und zuverlässig, sondern dank Verschlüsselung auch absolut integer.

Search And Rescue Service (SAR)

Dieser Service arbeitet mit dem COSPAS-SARSAT-System zusammen und gestattet eine schnelle und weltweite Ortung von Notrufsendern, allerdings erstmals auch mit einem Rückkanal von der Rettungsstelle zum Sender des Notrufs.

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