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Förderverein Geodätisches I nformationszentrum Wettzell, 22. Sept. 2005Galileo: das europäische Navigationssystem
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John M. DowHead, Navigation Support Office
European Space Agency/ESOC, Darmstadt
Galileo: das europäische Navigationssystem
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Übersicht
• Die politischeDimension von Galileo
• Was Galileo alles anbieten soll
• Systemarchitektur
• Entwicklungsablauf
• Systemvalidierung
• Aussicht
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Welche Nachteile hat GPS für Europa?
• GPS = Global Positioning System
• Ein Entwurf aus den siebziger Jahren
• Unter US Kontrolle (US Verteidigungsministerium, z.T. jetzt auch Verkehrsministerium)
• Primär für militärische Zwecke vorgesehen
• Keine „Integritätsnachrichten“
• Keine gewährleistete Dienste
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Der Europäische Plan für Satellitennavigation
• EGNOS = European Geostationary SatelliteOverlay System: ein ziviler Zusatz zu GPS über Europa– Verbesserte Genauigkeit und Integritätsnachrichten an
Benutzer in und um Europa
– Test Phase seit 2002, operationell ab 2006
– Erweiterungspläne: Mittelmeerraum, Afrika
• Galileo: ein unabhängiges System von und für Europa - aber ein weltweites System
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Welchebesondere Möglichkeiten hat Galileo?
• GewährleisteteDienste (“ integrity flags”)
• Übertragung von Kommerziellen Diensten an Kunden
• Offener Dienst, frei verfügbar für jeden, der einentsprechendes Empfangsgerät besitzt
• BessereGenauigkeit als GPS
• Die Chance für Europa, an ein expandierendesMarkt (GNSS) teilzunehmen: bis 2020 150 Mrd
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Galileo: AngeboteneDiensteGalileo Dienste , spezifiziert auf der Basis von Benutzer
Anforderungen und technischer Machbarkeit:
• Offener Dienst (OS) für Lokalisierung, Geschwindigkeitsbestimmung und Zeitübertragung
• KommerzielleDienste (CS), die von Drittanbieternangeboten werden
• Zwei ÖffentlicheDienste:– “Safety-of-life” (SoL) Dienst– Öffentlich Regulierter Dienst (Public Regulated
Service PRS)• “Search-and-Rescue” (SAR) Dienst
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Anwendungsbereiche • Safety of Life:
– Luft-, Bahn-, Schiffverkehr– Verkehrsüberwachung
• PRS:– Krankenwagen, Polizei, Feuerwehr, …
• Kommerzielle Dienste (CS)– LKW Flottenmanagement, Bankwesen, …
• Massenanwendungen:– PKW-Navigation, Freizeit, …
• Professionelle Anwendungen:– Öl-, Gassuche– Vermessung– Raumfahrt …
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Anwendungsbereiche
• Flugzeuge könnten präziser und schneller landen, auch bei schlechtem Wetter
• Staus und Unfallrisiko im überlasteten Straßennetz könnten besser überwacht und deutlich reduziert werden
• Der umfangreiche Bahn- und Schiffverkehr würde von sehr präziser Navigationsdaten profitieren
• Besonders wertvolle Frachten könnten in Echtzeit verfolgt werden
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Galileo: eine strategische europäische Initiative
• Galileo ist eine gemeinsame Initiative der Europäische Kommission und der Europäische Weltraumorganisation ESA– Kommission verantwortlich für die politische Dimension und für die
Missionsanforderungen (High-level Mission Requirements)– ESA für Definition, Entwicklung und Validierung der Raum- und
Bodensegmente
• Galileo soll durch „Public Private Partnership“ (PPP) entwickelt und betrieben werden
• EC und ESA haben 2003 ein „Galileo Joint Undertaking“ (GJU) gegründet, dessen Hauptaufgabe es ist, den zukünftigen Systembetreiber zu ermitteln („Konzessionär“)– Angebote von 2 Konsortien 1.9.2004 und 25.1.2005– Empfehlung des EC Verkehrsrats– Vertragsverhandlungen 2005
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Die (möglichen) Betreiber
• iNavSat Konsortium:– Inmarsat (GB)– Thales (F, D, GB)– EADS Space (D, F, GB)– Ca. 40 kleinere Unternehmen (Deutsche Bank als finanzieller
Berater)
• Eurely Konsortium:– AENA (E)– Alcatel (F)– Finmeccanica (I)– Hispasat (E)– Ca. 40 kleinere Unternehmen
• Seit Frühjahr 2005, Zusammenschluss beider Konsortien
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Zeitplan und Kosten
• Entwicklung und Validierung von 2 Testsatelliten, 4 operationellen Satelliten und entsprechendem Bodensegment (48 Monate), Kosten 1.5 Mrd �
• Produktion und Aufstellung der restlichen 26 Satelliten und Bodenelemente (24 Monate), Kosten 2.3 Mrd �
• Routine Operation und Instandhaltung (20 Jahre), 220 Mio � /J
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Galileo/GPS Kompatibilität/Interoperabilität
• VerbesserteGenauigkeit bzw. Zuverlässigkeitdurch Kombinierung von Galileo mit anderenGNSS Komponenten (GPS, Glonass, “Augmentierungen” z.B. durch EGNOS und WAAS), für allezivilen Anwendungen
• Unabhängigkeit der Systemeessentiell, um Zuverlässigkeit zu erhöhen
• Galileo Genauigkeit: wenigeMeter, kann durchzusätzlicheRegionale/LokaleKomponentebis cm Bereich verbessert werden
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Anforderungen (z.B. Sicherheitskritischer Dienst, SoL)
• Genauigkeit (95%): 4 m horizontal, 8 m vertikal
• Warnung bei Überschreitung von 12 m (H), 20 m (V)
• Time-to-Alarm (Zeitverzögerung): 6 Sek.
• Integritätsrisiko: 1.5 x 10-7/ 150 Sek.
• Kontinuitätsrisiko: 8 x 10-6/ 15 Sek.
• Verfügbarkeit: 99.98%
• SoL Dienst wird zertifiziert, Betreiber trägt Verantwortung für Konsequenzen von Systemfehler
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Galileo Frequenzplan
E6E5a(L5)
E5E5b
L1
OSCS
OSSoLCS
CSPRS OSSoLCS
PRS
Not to scale
1.190 GHz 1.280 GHz 1.575 GHz
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Woraus besteht die Galileo Systemarchitektur?
Regional-komponente
DIESTLEISTUNGS-ZENTREN
Lokal-komponente
EGNOS
SAR
BENUTZER-SEGMENT
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Kontrollsegmente)����������������������������:
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Das Galileo Kernsystem
Konstellation - 30 Satelliten
Galileo Kontrollzentrum GCC2
Galileo Kontrollzentrum GCC1
11 m Antenne
Kommunicationsnetzwerk
+ 5 “ Mission Up-link” Stationen
TT&C S-band Up-link.
Mission C-band Up-link Mission C-band Up-link
IPFsOSPFs PTF
Satellite Control Facility
SCF
Bemannte Komponente
Mission Control FacilityMCF
GroundAssets
Control FacilityGACF
5 kombinier te “ Galileo Up-link” Stationen (globale Sichtbarkeit der Satelliten)
Service Products Facility
SPF
externeDienste
~ 40 Galileo Sensorstationen(weltweite Verteilung)
from External RegionalIntegrity Systems (ERIS)
from ERIS
GSS
NAV. CHAIN
INT. CHAIN
B-UP CHAIN
anTime Service
ProviderMGF
KeyMgt .
FaciliyKMF
MGF=Message Generation Facility
OSPF=Orbit & Synchro. Processing Facility
IPF=Integrity Processing Facility
PTF=Precise Timing Facility
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Die GALILEO Satellitenkonstellation
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GALILEO: Schrittezur Implementierung
OPERATIONELLESSYSTEM
BENUTZER GERÄTE
IOVSYSTEM
TESTEMPFÄNGER
GSTB – V 1
GSTB – V2
PROTOTYPINGUND
EXPERIMENTIERUNG
IN-ORBITVALIDIERUNG
VOLLEKONSTELLATION/BODENSEGMENT
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• Kritische technologische Entwicklungen abgeschlossen: ins besondere Atomuhren
• Zwei experimentelleSatelliten in Auftrag gegeben • Aufträge für Trägerrakete• Erster experimenteller Satellit soll Ende2005/Anfang 2006
gestartet werden• System zur Erprobung der Datenverarbeitungsalgorithmen ist
entwickelt worden (Galileo System Test Bed GSTB-V1) und von April 2004 bis January 2005 operationell
• Die Entwicklung zur “ In-orbit Validierung” gestartet
Was haben wir bis heuteerreicht?
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Rubidium Atomic Frequency Standard
1.E-15
1.E-14
1.E-13
1.E-12
1.E-11
1.E-10
1 10 100 1000 10000 100000
Time in sec
Alla
n d
ev
iati
on
• Masse und Volumen: 3.3 Kg and 2.4 L• Stabilität: besser als 10 nsec pro Tag
Gemessene Daten
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H-maser Atomuhr
• Masse und Volumen: 18 Kg and 45 L
• Stabilität: besser als 1 nsec pro Tag
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Navigationsantenne (am Satelliten)
• Gleichmässige Signalstärke über den gesamten Sichtbarkeitsgebiet
• Hohe Leistungsfähigkeitüber den gesamten Galileo Frequenzbereich
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Experimentelles Bodensegment (GSTB-V1)
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Rubidium clock
Experim.receiver
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Rubidium clock
Experim.receiver
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UTC(k) Uhren
Experim.Empfänger
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Berechnungen derSatellitenbahnen
& Uhrenkorrekturen
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ExperimentellesPrecise Timing
SystemDatensammlungFormattierungArchivierungÜberwachung
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Rubidiumuhr
Experim.Empfänger
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Integritäts-datenverarbeitung
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GSTB-V1: Netzwerk von Sensorstationen
Das GALILEO Netzwerk von Referenzstationen auch global ver teilt
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GALILEO Experimentelle SatellitenGSTB-V2
• Erster europäischer Navigationssatellit
• Erster europäischer Satellit in “MEO” (Mid-Earth Orbit) Umlaufbahn
• Galileo Frequenzen werden gesichert
• Die H-maser Atomuhr wird die stabilisteUhr, die je in den Weltraum gestartet wurde
• Start geplant für Ende2005/Anfang 2006
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• Masse beim Start: 450 kg• Stromleistung: 660 W• Dimensionen beim Start:
1.3 m x 1.74 m x 1.4 m
GSTB-V2 A Satellit (Surrey Satellite Technology Ltd)
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• Masse beim Start: 523 kg
• Stromleistung: 943 W
• Dimensionen beim Start:0.955 m x 0.955 m x 2.4 m
GSTB-V2 B Satellit (Galileo Industries)
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Zieleder IOV Phase
• Die Verifizierung aller Segmente (Raum-, Boden-, Benutzersegmente), ins besondere der Schnittstellen, vor Aufstellung des gesamten Systems
• Fehleranalyse der empfangenen Messdaten• Analyse der Systemleistung, um nötige Verbesserungen
rechtzeitig einführen zu können• Verifizierung des Konzepts für das Netzwerk von
Bodeninstallationen• Verifizierung der Navigations- bzw. Integritätsverarbeitung• Risikoreduzierung durch rechtzeitige Erkennung von
Schwachstellen im geplanten System• Verifizierung von operationellen Prozeduren
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IOV Systemkonfiguration
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���%��� �
Rubidium clock
Experim.receiver
������� �
Rubidium clock
Experim.receiver
OSPF
� !� " �(� � ���+����-� ��!��#" �����(�
Galileo.receiver
� ��������� ������� ��� � ��� ���������
�� ���"!+���� ��. !(
ReduziertePTF
MCF
IPF
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MGF
KMF
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30
• 680 Kg / 1.6 kW • Dimensionen beim Start: 2.7 x 1.2 x 1.1 m3• Optionen für Trägerrakete: Ariane, Proton, Soyuz,
Zenit
Galileo IOV Satellit
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Weitere Informationen
http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo
http://www.esa.int/navigation
http://www.galileoju.com
Kontakt ESA/ESOC: Prof. Dr. John M. Dow, [email protected]