Entwicklung und Zukunft der Funknavigation (2008)


Autor  Dipl.-Ing.Uwe Petersen, vormals Mitarbeiter im BSH, ist ein Fachmann von hohen Graden. Uwe Petersen ist Freier Sachverständiger (BVFS) zu diesen Fragen (Tel: +49 (0)40 84 05 67 40 - Fax: +49 (0)40 84 05 67 41) 


 

Zukunft

 der

 FUNKNAVIGATION

Stand 2008

 

Dipl.-Ing. U. Petersen

      

Die bisherige Entwicklung des "Global Positioning System" (NAVSTAR-GPS) hat Dipl.-Ing. U. Petersen in dem auf dieser Webseite veröffentlichten Artikel "Entwicklung der Funknavigation (2005)" - siehe hier! - beschrieben. Nachfolgende Ausführungen sind eine Fortschreibung dieses Artikels aus der Sicht der ENTWICKLUNG UND ZUKUNFT der Funknavigation (2008) 

"Global Positioning System" (NAVSTAR-GPS)

 

Die Satelliten-Software wurde geändert, es wurden bislang freie Plätze des Datentelegramms der Satelliten belegt.

Auch die Anzahl der anfangs 5 GPS-Monitorstationen wurde erhöht. Stationen der National Imagery and Mapping Agency erhielten GPS-Monitorausstattung. NIMA vormals Defence Mapping Agency (DMA) erhielt als Folge des 11.Sept. zusätzliche Aufgaben und einen neuen Namen „National Geospatial-Intelligence Agency“ (NGA) und wurde vom Departm. of Defence ins Departm. of Homeland eingegliedert. Mit den zugeschalteten NIMA-Stationen stehen 12 GPS-Monitorstationen zur Verfügung. Bei 29 Satelliten ließe sich jeder von jeweils 2 Stationen beobachten. Es lassen sich jetzt laufend Bahn-, Zeit- und Gesundheitsdaten der Satelliten ermitteln und damit die Navigation Message der Master Control Station (MCS) für jeden einzelnen Satelliten schneller aktualisieren. Jeder Satellit hat jetzt außerdem Bahndatenkorrekturen für alle anderen. Lediglich nach dem Satelliten mit der jüngsten Aufdatierung muss gesucht werden, um für alle Satelliten die aktuellsten Korrekturen zu erhalten. Um den Suchvorgang zu beschleunigen, wurde die Kanalzahl bei den mil. Anlagen erhöht. Mit dieser Maßnahme verbleibt ein Positionsfehler in der Größenordnung von schätzungsweise ±1..1,5m(SEP). Eine zweite MCS  wurde in Gaithersbury, Maryland fertig gestellt. Im Oktober 2007 übernahm sie innerhalb von fünf Tage die Kontrolle und den Betrieb der GPS-Satelliten.

Mit dieser MCS und der gestiegenen Zahl der Monitorstationen dürfte sich hoffentlich auch für zivile Anwender die Warnzeit bei Satelliten-Störungen verkürzen. Bisher ergab sich leider kein entsprechender Gewinn. Das zivile Signal wird nicht umfassend überwacht, obwohl dies eigentlich eine unabdingbare Voraussetzung für die Einhaltung der SPS-Spezifikationen sein müßte aber auch für  die US-Bestrebung (PDD 1996), GPS weltweit als Standard Navigationssystem anerkannt zu bekommen. Das Überwachungsnetz für das zivile Signal wird frühestens 2009 betriebsbreit sein. Private, seit 2003 für authorisierte Nutzer zugängliche Beobachtungsnetze, wie z.B. von der NASA, JPL oder Aerospace Corp, die nach weniger als 4 s gesicherte Alarme bei Signalmängeln auslösen, werden vom MCS nicht genutzt. Zivile Anwender müssen daher aus technischen Gründen weiterhin damit rechnen, erst 2h (GLONASS 6h) nach Auftreten eines Satellitenfehlers darüber sicher informiert zu sein. So trat beim GPS-Satelliten PRN 22 am 22. Juli 2001 ein empfängerseitig nicht erkennbarer Uhrenfehler auf. Er wurde zwar von der WAAS-Kontrollstation sofort erkannt, aber für die GPS Master Control Station stand der Satellit für Kontrollmessungen und notwendige Steuerungsmaßnahmen schon zu tief. Erst nach 111 Minuten konnte der Satellit als fehlerhaft markiert werden. Während der knapp 2 Stunden erzeugte er örtlich bis zu 300km Positionsfehler. dass eine derartige Störung kein Einzelfall ist, zeigte sich am 1.Jan.2004. Bei dem Satelliten PRN 23 trat um 18:33 Uhr (UTC) ebenfalls ein Uhrenfehler auf. Die von heutigen Sportbootanlagen nicht erkennbare Störung endete um ca. 22 Uhr, als die Bodenkontrolle wieder Zugriff auf den Satelliten hatte und ihn als unbrauchbar markieren konnte. Messungen in Kiel ergaben in 95% aller Fälle einen Positionsfehler von ±4,6 sm. In den restlichen 5% erreichte der Fehler bis zu 22 sm. Dieser Uhrenfehler hatte nach offizieller Mitteilung der USA Auswirkungen auf die Nutzer in großen Teilen Europas, Afrika, Asien, Australien und dem äußersten Norden Nordamerikas.

Derartige Störungen können sich jederzeit wiederholen.

 

 

Die Entscheidung der IGEB für die Modernisierung des Standard Positioning Service, SPS, fiel am 27.März 1998. Es wird ein zweites Signal (L2C) auf der GPS-Frequenz L2/1227,60MHz eingefügt. Darüber hinaus  sprach man sich für ein drittes Signal L5 aus. Für L5 ist 1176,45MHz als Frequenz vorgesehen. Dieses Signal ist für Nutzer mit höchsten Genauigkeitsansprüchen gedacht. Für die normale Navigation wird es keine Rolle spielen.

Die angestrebte volle Verfügbarkeit des 2. Signals ab 2008 dürfte jedoch unrealistisch sein. Es wird  aus folgenden Gründen nicht vor 2012/15 mit der vollen Verfügbarkeit zu rechnen sein:

1)         Von der Satelliten-Generation IIR (bisher 16 im Orbit) werden 8 modifiziert (M-Code, L2C). Inzwischen sind fünf modifizierte Satelliten IIR in Betrieb, der letzte seit dem 2.Jan. 2008. Sie sind zusätzlich mit dem Signal L5 versehen. Wegen fehlender Software können die neuen Signale jedoch nicht überwacht werden. Bis zur vollen Einsatzfähigkeit wird es noch etwas dauern, die Software-Lieferung wurde auf 2009/10 verschoben.


2)         Für die folgende Satelliten-Generation IIF (M-Code, L2C, und 3. zivilem Signal L5, außerdem mehr Speicherplatz und schnellere Prozessoren) sollen 19 beschafft werden. Die Testphase läuft und ein erster Start ist für 2009 geplant.

3)         Das DoD ist an zusätzlichen, zivilen Signalen nicht interessiert, es arbeitet im Gegenteil daran, sich von der Synchronisation über den C/A Code freizumachen. Es benötigt seine Haushaltsmittel für die Sicherung der Störfestigkeit. Die Kosten der zivil genutzten Anteile müssen von anderen aufgebracht werden.

4)         Dem DoD wurde auch  der spezielle Haushaltstitel “GPS“ gestrichen. GPS-Aufwendungen müssen aus einem Gemeinschaftstitel, der alle mil. Weltraumaktivitäten enthält, bezahlt werden. Hinzukommen unklare Zuständigkeiten bei den Entscheidungen.

5)         Es wird z.Z. die GPS III-Generation definiert, ohne SA-Befähigung aber mit 4. zivilem Signal (L1C). Der erste Start ist für frühesten 2013 vorgesehen und 2021 sollen 24 Satelliten in Betrieb sein. Mit dieser GPS-Generation muss GALILEO sich messen, nicht mit dem jetzigen Zustand.

 

Die dritte GPS-Frequenz 1176,45MHz (L5 Signal), aber auch die Frequenzen für das europäische Satelliten-System GALILEO, wurden auf der WRC, Mai 2000 vorgemerkt. Die von China vorgesehene Frequenznutzung war auf der WRC 2007 (Okt./Nov., Genf) zu verhandeln.

Es werden dieselben Frequenzen für das chinesische System COMPASS gefordert, die auch von GPS (M-Code, L1 und L2) und GALILEO (PRS) verwendet werden.

 

Unabhängig von den vorstehenden Modifikationen sollen die zukünftigen Satelliten mit einer Payload für Cospas-Sarsat ausgestattet werden. Dieser Transponder wird das Seenotsignal von 406 MHz in das Distress & Safety-Band L6 (1544-1546 MHz) umsetzen. Hiermit will man die untragbaren Alarmierungszeiten von 70 Minuten und mehr wesentlich vermindern. Seit 2003 fliegen bereits einige IIR-Satelliten mit diesen sogenannten „Proof of Concept“ (POC) Transpondern.

GLONASS eine Alternative?

GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) stellt das von der UdSSR entwickelte, ebenfalls vom Militär betriebene Gegenstück zu GPS dar. Auch bei ihm wird mit zwei Frequenzen und Signalen gearbeitet, wobei wiederum ein Signal dem Militär vorbehalten ist. Allerdings kannte GLONASS zu keiner Zeit eine Verschlechterung (SA vergleichbar) des zivil nutzbaren Signals. Es war von Anbeginn mit einem kleinen Fehler behaftet, ca. ±30m, und es konnte daher auch immer zur Geschwindigkeitsbestimmung eingesetzt werden. 24 Satelliten bilden das vollständige System. Sie waren erstmals am 18.Januar 1996 in Betrieb; es erfolgte die Erklärung der vollen Betriebsbereitschaft (FOC). Das System wurde aber in der Folgezeit nicht sehr gut gepflegt, die Zahl von 24 Satelliten konnte nicht aufrecht erhalten werden, es wurden zudem nicht alle Systemmängel offengelegt. Bereits nach einem halben Jahr waren nicht mehr 24 Satelliten betriebsbereit, womit letztlich FOC nicht mehr vorlag. Inzwischen wird GLONASS revitalisiert, es sind wieder 12 - 15 Satelliten in Betrieb (letzter Start 25.12.07, 3 M-Sat.). Als Systemminimum werden 11 Satelliten für eine sinnvolle Nutzung angesehen. Die M-Satelliten sollen u.a. eine längere Lebensdauer (7 Jahre) aufweisen. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist die Verwendung von GLONASS allein wohl noch nicht zu verantworten. Die Zukunft des Systems ist nicht sehr klar, auch wenn schon Präsident Jelzin am 18.Febr.1999 mit einer Anordnung GLONASS für ausländische Finanzierung öffnete, um es zur Basis eines internationalen Satelliten-Navigationssystems werden zu lassen (am 10.Febr.1999 gab es die EU-Erklärung zur Entwicklung des Satelliten-Systems GALILEO). Es bleibt auch abzuwarten, ob die Ankündigung vom 06.Nov.2002 erfüllt wird, dass zukünftig jährlich 2 bis 3 Start mit jeweils 2 oder 3 Satelliten erfolgen sollen. Bis 2007 war dies nicht der Fall. Präsident Putin drängte erfolglos  darauf, dass 2007 wieder 24 Satelliten verfügbar sein sollten. Am 5.Jan. 2007 hob der russische Verteidigungsminister  Restriktionen auf. Es verschob sich aber der Termin der weltweiten Nutzbarkeit von GLONASS auf Ende 2010, am Geld (Öl-, Gasexporte) allein kann es nicht liegen.

Mit Indien wurde ein Abkommen geschlossen über den Start von M-Satelliten mit der indischen PSL V-Rakete,  den Bau der Satelliten sowie der Entwicklung der nächsten Satelliten-Generation (K-Sat., vorgesehene Betriebsdauer 10 Jahre).

Die Lebensdauer der GLONASS-Satelliten, vermutlich bedingt durch die begrenzte Nutzbarkeit der Atomuhren, ist bislang unbefriedigend, schon über 80 Satelliten wurden zu Elektronikschrott.

Zusammen mit den USA arbeitet eine Arbeitsgruppe an der Interoperabilität und Compatibilität von GPS und GLONASS.

Auswirkungen auf andere Navigationssysteme

Die Betriebsaufnahme von GPS-NAVSTAR blieb nicht ohne Einfluß auf die bisherigen Verfahren.

Es wurden abgeschaltet:

TRANSIT/NNSS                     am 31.Dezember 1996         (Alter 32 J.)

DECCA (Norwegen)                am 28.Februar 1997


OMEGA                                  am 30.September 1997

DECCA (Festland)                   am 31.Dezember 1999

DECCA (Engl.,Irl)                    am 31.März 2000                (Alter 55 J.)

 

Geblieben ist nur LORAN-C, das aus Sicherheitsgründen insbesondere unter den Bedrohungen

durch Terrorismus auch dringend erhalten bleiben sollte, ohne es jedoch in der Form zu benutzen, wie vor mehr als 10 Jahren.

Heute liegt die hohe LORAN-Bedeutung in der Kombination mit GNSS.

Die terrestrischen Navigationshilfen, wie Tonnen und Leuchtfeuer, wurden und werden teilweise aber auch erheblich vermindert.

 

LORAN-C: Intensive Nutzung in den USA

Ende 1994 endete für die USA generell die militärische Nutzung von LORAN-C. In den USA wurde infolge der vollständigen Abdeckung des Landes und der angrenzenden Seegebiete LORAN-C intensiv sowohl in der Luftfahrt als auch im Landverkehr genutzt. Nach dem Federal Radionavigation Plan 1994 sollte LORAN-C 2000 abgeschaltet werden, da GPS alle Aufgaben erfüllen könne. Besonders folgenreich war, dass die Industrie die Weiterentwicklung von LORAN-C-Anlagen daraufhin einstellte. Ein von Luftfahrtinstitutionen (FAA, AOPA und JATA) an die APL John Hopkins Univ. gegebener Studienauftrag "GPS as Stand Alone System" ergab, dass GPS aus Sicherheitsgründen, zumindest in der Luftfahrt, als einziges Navigationsmittel (sole mean) ohne Stützung (z.B. Differentialverfahren, LORAN-C) nicht brauchbar ist. Insbesondere wurde die Gefahr absichtlicher oder unabsichtlicher Störungen untersucht. Das LORAN-C-System wurde modernisiert, zentrale Überwachung und Steuerung vorgesehen. Inzwischen hat sich auch die Haltung der Industrie geändert, nicht nur in Europa wurde aufgrund der veränderten Technik der  neuen LORAN-C-Ketten die Entwicklung wieder aufgenommen, beteiligt sind u.a. auch Koden und Rockwell-Collins. Die intensiven amerikanischen Untersuchungen, wieweit LORAN-C, eventuell ein verbessertes, sogenanntes eLORAN (enhanced LORAN), als Backup für GPS für See- und Luftfahrt genutzt werden kann, ergaben positive Ergebnisse. Selbst die hohen Anforderungen von 8…20m Fehler für die Hafen-Navigation (HEA) konnten erfüllt werden. Der Abschlußbericht liegt vor, eine Entscheidung ist noch nicht gefallen. Für ein notwendiges Backup setzen auch die Nutzer von Zeitsignalen stark auf eLORAN. Ein weiterer Druck entsteht durch das angedrohte Abschalten des landseitigen DGPS (NDGPS) in den USA. Im Jahr 2007 lief eine mehrfach verlängerte Befragung durch die Ministerien für nationale Sicherheit (DHS, Coast Guard) und Verkehr (DOT) ob LORAN abgeschaltet, in der jetzigen Form weiter betrieben oder vollständig auf eLORAN umgerüstet werden soll. Eine Beschreibung von eLORAN veröffentlichte die Intern Loran Asso. (ILA) am 12. Jan 2007.

Sollte wie erwartet eine Entscheidung zum langfristigen Bestand von LORAN fallen, so wollen die USA bei der IMO seine Anerkennung als Bestandteil weltweiter Funknavigation erwirken.

LORAN-C in anderen Staaten

Der Rat der EU entschied zwar am 25.Febr.1992, dass LORAN-C das künftige, terrestrische, europäische Navigationsverfahren sein sollte. Heute ist die Zukunft von LORAN für die Europäische Kommission aber bislang ohne Interesse, auf der Tagesordnung steht GALILEO. Es verfügt für Politiker offenbar über eine magische Immunität gegen Störungen. Im Entwurf des Europäischer Radio Navigationsplan (ERNP) wird LORAN jedoch nach langer Diskussionen als wesentlicher Bestandteil eines notwendigen Navigations-Verfahrens-Mix vorgesehen und vorgeschlagen die gesamte EU mit LORAN (eLORAN) abzudecken. Die EU-Entscheidung über die endgültige Fassung des ERNP sollte 2006 fallen. Sie ist an den Abschluß der Galileo-Konzessionsverhandlungen gekoppelt, die wegen Fragen der Risiko-Verteilung (privat / staatlich, Public Private Partnership) inzwischen scheiterten.

Im August 1992 fiel die endgültige Entscheidung für den Ausbau und Betrieb eines nordwesteuropäischen LORAN-C-Netzes. Von Dänemark, Frankreich, Deutschland, Irland, Holland und Norwegen wurde das entsprechende Abkommen mit dem Kostenverteilungsplan unterzeichnet. Das Netz (NELS, North-West European Loran-C System) bestand aus den sechs vorhandenen LORAN-C-Stationen der norwegischen und der französischen Ketten, sowie aus zwei neuen Stationen in Norwegen. Sie wurden zu 4 LORAN-C-Ketten zusammen geschaltet, die im Laufe des Jahres 1996 betriebsklar waren.

Im Mittelmeer-Bereich hatte Italien unter Beteiligung der Staaten Frankreich, Spanien und Algerien die Führung übernommen. Die Stationen in Spanien und der Türkei existieren allerdings nicht mehr. Die GUS strebte die Einbeziehung des russischen LORAN-C-Nebensenders auf der Krim (CHAYKA-Kette 8000) an, in Doppelfunktion als Nebensender der Mittelmeerkette (Bedeckung Schwarzes Meer). Da es jedoch nicht voranging, wollte Italien seine beiden Sender in das North-West European Loran-C System (NELS) integrieren, Frankreich unterstützte dies. Die jährlichen Betriebskosten von NELS einschließlich Control Center Brest und Coordination Center Oslo betrugen lediglich €4,2 Mio. Am 31.12.2005 lief der NELS-Vertrag aus.

In England wurde vom Langwellen-Sender Rugby ein Sendemast für LORAN umgerüstet. Die General Lighthouse Association (GLA) will die Zahl der Leuchtfeuer vermindern. Sorgen bereitet ihr aber das übermäßige Vertrauen der Nutzer in GPS. Intensive Versuche ergaben, dass LORAN das Potential als notwendiges Backup für GPS besitzt, allerdings auch hier modifiziert als eLORAN. England ist jetzt bestrebt ein europäisches eLORAN-System aufzubauen. Es vergab einen 15-Jahresvertrag über eLORAN-Betrieb. An Standards für eLORAN wird international (RTCM, usw.) gearbeitet.

Frankreich will LORAN unbedingt bis mindestens 2015 erhalten. Es hat Pläne für zwei weitere Stationen, Straßburg bzw. Südfrankreich. Außerdem soll die Modernisierung der norditalienischen Station unterstützt werden, eventuell unter Verwendung des für die vormals geplante Irland-Station vorgesehenen Antennenmastes. Österreich hat klar erklärt, an LORAN als Backup-System für die Satellitensysteme interessiert zu sein. Besonders betont werden dabei die niedrigen Kosten und die erprobte Technik. Ähnliches gilt für die Tschechische Republik, sie hat mit Österreich schon über eine neue Station bei Prag diskutiert. Deutschland hoffte, dass LORAN auf privater Basis weiterbetrieben werden könnte und mit anderen privaten Systemen in Wettbewerb tritt. Norwegen ließ ebenfalls den Vertrag auslaufen. Trotz Ende des Vertrags laufen auf Wunsch der EU überraschenderweise alle LORAN-Stationen weiter, einschließlich der deutschen Sylt-Station. Man wartet auf die Verabschiedung des Europäischen Radio-Navigationsplanes (ERNP).

Eine Kette in Saudi-Arabien deckt das östliche Mittelmeer, das Rote Meer, den Persischen Golf, den Golf von Aden, den Golf von Oman und einen Teil des arabischen Meeres ab. China nahm im Frühjahr 1994 ein LORAN-Netz mit 6 Sender in Betrieb. Auch Indien betreibt seit 1994 zwei Ketten bei Bombay und Kalkutta. In Südkorea wurden 2 Stationen einer ehemaligen Kette der US Luftwaffe modernisiert. Neben diesen spezifischen Aktivitäten bildete sich 1992 auch in Ostasien eine LORAN-Gruppe mit den Mitgliedern China, Japan, Korea und Rußland (FERNS, Far East Radio Navigation Service).

Im Nordpazifik besteht bereits seit 1987 eine Zusammenarbeit zwischen den USA und der UdSSR/GUS. Für die gemeinsame USA/GUS-Kette erfolgte die Betriebsbereitschaftserklärung ebenfalls 1994. Nach Rückzug der USA aus dieser Kette übernahm Japan Ende 1994 die Aktivitäten.

Der Grund für den überraschenden Ausbau bzw. Erhalt des LORAN-Netzes war die Erkenntnis der Staaten, dass die Verkehrssicherungspflicht in den eigenen Gewässern nur durch ein zu GPS redundantes, weitgehend störungssicheres, nicht militärisches Navigationssystem zu gewährleisten sei.

 

Unabhängigkeit von GPS

Es war für die EU nicht zu akzeptieren, dass zukünftig nicht nur alle europäischen, kritischen Transportaktivitäten, sondern auch Mobilfunk, Stromversorgung und andere zeitkritische Systeme allein von GPS abhängig wären. ESA, EUROCONTROL und EU Kommission bildeten bereits im März 1998 eine High Level Group (HLG) für Verhandlungen mit den USA über eine europäische Beteiligung und Kontrolle bei GPS.

Da die USA dazu nicht bereit waren, fiel am 17.Juni 1999 im EU-Ministerrat die Entscheidung für GNSS-2, genannt GALILEO. Damit war die Definitions-Phase für GALILEO genehmigt. Parallel fanden Gespräche mit anderen Staaten über eine Beteiligung statt (speziell mit Rußland wegen der GLONASS-Management-Erfahrungen und der GLONASS-Frequenzen). Erst am 26.März 2002 fiel die endgültige Entscheidung, 12 Monate später hatten sich dann endlich auch Deutschland und Italien geeinigt. China unterzeichnete zum Ärger der USA eine Absichtserklärung, sich mit  € 200 Mio. zu beteiligen. Es war allerdings verärgert, dass ihm der Zugang zum verschlüsselten Bereich versperrt bleiben wird. Auch mit Indien, der Ukraine und Marokko wurden Abkommen geschlossen. Daneben haben Kanada, Israel  und die GUS Interesse an GALILEO bekundet.

Die Verhandlungen über die 20 Jahre währende Betreiberkonzession für das private Firmenkonsortiums zogen sich hin bis sie 2007 endgültig platzten. Den geäußerten Befürchtungen, dass Indien (Ideen, Software) und China (Hardware) die großen Gewinner von Galileo sein könnten, trat die EU-Kommission mit der Veröffentlichung (08. Dez. 2006) eines Grünbuches entgegen.

Am 30.Okt.2000 startete China für Testzwecke seinen ersten Navigations-Satelliten. Es soll ein GPS ähnliches System aufgebaut werden, vorrangig für Landnavigation (Straße, Schiene).

Inzwischen will auch Indien ein regionales Sat.-Nav. System (Indian Regional Navigation Satellite System, IRNSS) mit 7 Satelliten aufbauen. Es soll 2011/12 verfügbar sein.

 

GALILEO 

Das System soll zu GPS kompatibel sein und es wird wie dieses aus Steuermitteln finanziert. Die Public Private Partnership, PPP war eine Illusion.

Vorgesehen sind für das System 27 plus 3 Reservesatelliten auf 3 Bahnen in 23.616km Höhe. Die Bahnen besitzen eine Neigung gegen den Äquator von 56° (GPS: 55°, ursprüngl. Planung 65° und 8 Sat auf 3 Bahnen) und werden jeweils mit 10 Satelliten besetzt. Die Umlaufzeit beträgt 14h (GPS: 12h).

Das Meßprinzip bei GALILEO entspricht dem von GPS, es werden die Entfernungen zu den sichtbaren Satelliten gemessen (Ranging Codes). Es sind drei GALILEO‑Kontrollzentren (D, I, Span.) vorgesehen. Zusätzlich wird es noch örtliche Zentren geben, die befugt sein werden, ermittelte Integritätsinformationen zu den Satelliten zu übertragen. So soll sichergestellt werden, dass im fertigen System immer von mindestens 2 Satelliten, höher als 25° über dem Horizont stehend, aktuelle Integritätsinformationen zu empfangen sind.

Wie bei GPS arbeiten alle Satelliten auf den gleichen Frequenzen, die Unterscheidung erfolgt auch hier anhand des für jeden Satelliten spezifischen Codes.

Von GALILEO sollen folgende Navigationsdienste angeboten werden:

SAR‑Dienst Er soll es erstmals zulassen, dass der Alarmauslösende eine Bestätigung seines Alarms erhält.

Auf Druck Frankreichs wurde das unsichere Cospas-Sarsat vorgesehen. Die deutsche Entwicklung der Signalstruktur der INMARSAT-Seenotboje einschließlich der Erdefunkstelle in Perth, Australien, wurde mit erheblichen deutschen Steuermitteln unterstützt aber nicht intensiv vertreten. Inmarsat schaltete das Seenotsystem 2006 ab.

Open Service (OS) Er kann von jedermann kostenlos genutzt werden. Es stehen 6(!) unterschiedliche, unverschlüsselte Signale, davon 3 ohne Daten als Ranging Codes (Meßsignale), auf 3 Trägerfrequenzen (E5a/1176,45MHz, E5b/1207,14MHz, und E2‑L1‑E1/1575,42MHz) zur Verfügung. Dieser Dienst ist vergleichbar mit dem zukünftigen, modernisierten GPS mit einem dritten Signal L5 für zivile Anwender (Block IIF und Block III Satelliten). GALILEO wird nicht genauer sein als zukünftig GPS.

Commercial Service (CS) Bei ihm erfolgt der Zugang über einen Service Provider, d.h. es ist eine Anmeldung und Bezahlung Voraussetzung. Als Gegenleistung stehen 2 zusätzliche, verschlüsselte Signale mit Ranging Code und Daten auf einer weiteren Trägerfrequenz (E6/1278,75MHz) zur Verfügung.

Safety of Life Service (SoL) Er ist ebenfalls kostenpflichtig. Er benutzt 4 Signale und erhält Zugriff auf die Integritätsinformationen. Dieser zertifizierte Dienst soll mit zertifizierten Zweifrequenz‑Anlagen arbeiten. Integrität wird sich kostenlos mathematisch aber auch aus den dann verfügbaren 60 Satelliten (GPS, GALILEO, GLONASS?) ermitteln lassen.

Public Regulated Service (PRS) Er arbeitet mit 2 verschlüsselten Signalen auf zwei verschiedenen Frequenzen (E6, E2‑L1‑E1). Dieser Dienst ist hinsichtlich Zugang und Anwendung vergleichbar  mit dem jetzigen verschlüsselten, militärischen Anteil bei GPS (PPS mit P‑, Y- und M‑Code).

PRS war die Ursache einer noch nicht völlig ausgeräumten Verstimmung zwischen der EU und den USA. Der Mißbrauch der Satelliten‑Navigationssysteme kann eine Bedrohung der nationalen Sicherheit bedeuten. Eine typische Maßnahme dagegen ist das Vorhalten von Möglichkeit, um in Krisensituationen die als gefährlich angesehenen Signale (primär die offenen, zivil genutzten Signale) zu beeinflussen.

Im Rahmen der Modernisierung von GPS führt die USA ein neues, verschlüsseltes militärisches Signal (M‑Code) ein. Der erste Satellit mit M-Code wurde 2005 gestartet. Hierfür ist aber, wie für den Public Regulated Service, das Signalband E2‑L1‑E1 vorgesehen. Die USA könnten im Krisenfall zum eigenen Schutz zwar örtlich die zivil genutzten Teile des Bandes stören, den für sie dann ebenfalls gefährlichen PRS‑Teil von GALILEO könnten sie hingegen unter Gewährleistung der Sicherheit des eigenen M‑Code nicht stören.

Am 26.Juni 2004 (Dublin) kamen USA und EU dann u.a. überein, dass

--- PRS und M-Code getrennt werden,

--- zukünftig die zivil genutzten Signale von GPS und GALILEO eine einheitliche Signalstruktur erhalten,

--- die unterschiedlichen geodätischen Bezüge und die Zeitsysteme interoperabel sein sollen.

Damit schienen US Sicherheitsbedenken ausgeräumt und die Voraussetzungen für ein echtes Kombinationssystem GPS/GALILEO geschaffen. Inzwischen steht jedoch eine erneute Drohung der USA im Raum. Die EU sieht für GALILEO als rein zivilem System im Konfliktfall keine Signalveränderung oder –abschaltung zur Nutzungseinschränkung vor. Dies soll selbst dann gelten, wenn GALILEO in einem Krieg gegen die USA genutzt werden sollte. Die USA wollen in solchem Fall, insbesondere wenn China am Konflikt beteiligt sein sollte, GALILEO nicht nur reversibel stören sondern auch irreversibel (Zerstörung der Satelliten).

Aus dem DoD wurden darüber hinaus bereits Befürchtungen laut, dass GPS ein sehr kostspieliges, nur noch militärisch genutztes System werden könnte, wenn GALILEO in Betrieb sei und die GPS-Mängel nicht beseitigt würden.

Spätestens im Juni 2006 mussten erste GALILEO‑Signale aus dem Orbit zu empfangen sein, um die Reservierung der Frequenzen bei der ITU (International Telecommunication Union) aufrechtzuerhalten. Der am 11.Juli 2003 in Auftrag gegebene erste Testsatellit wurde am 28.Dezember 2005 erfolgreich gestartet. Erste Signale wurden am 12.Jan.2006 empfangen. Der zweite Satellit sollte 2007, jetzt im März 2008, ebenfalls mit einer Soyuz‑Raketen von Baikonur in Rußland gestartet werden.

Das primäre GALILEO-Kontrollzentrum wird in Oberpfaffenhofen aufgebaut.

Um GALILEO benutzen zu können, bedarf es selbstverständlich neuer Navigationsanlagen. Für den Sportbootbereich genügt eine Einfrequenzanlage, die lediglich die offenen Signale von GPS und GALILEO auf dem Band E2‑L1‑E1 verarbeiten kann und möglichst geeignet sein sollte, mängelbehaftete Signale zu ignorieren (Integrität). Mehrfrequenzanlagen ergeben unter anderem zwar bessere Positionsgenauigkeiten, die aber von keiner Seekarte unterstützt werden kann. Schon die mit heutigen GPS‑Anlagen erreichten Genauigkeiten lassen sich in der Seekarte kaum noch nutzen.

Für die Entwicklung und Erprobung von GALILEO-Anlagen wurde bei Berchtesgaden ein Testfeld (GATE) eingerichtet. Die GALILEO-Signale werden von Sendern auf 6 angrenzenden Bergen ausgestrahlt.  

 

BEIDOU oder COMPASS

Das geplante chinesische Satelliten-Navigationssystem soll 35 Satelliten umfassen, davon 5 geostationäre (GEO) und 30 verteilt auf 6 Bahnebenen in ca. 25.000 km Höhe umlaufende (MEO). Ein erster MEO-Satellit, gestartet am 13.Apr. 2007, läuft in ca. 27.900 km um. Seit 2003 sind bereits 3 Geo-Satelliten gestartet worden, sie versorgen inzwischen das chinesische Staatsgebiet. Der weitere Ausbau soll 2007 mit dem Start zwei weiterer Satelliten erfolgte. Für 2010 ist die volle Betriebsbereitschaft vorgesehen, aber bereits 2008 (Olympiade) die Abdeckung Chinas. Es sollen zwei Dienste angeboten werden, ein offener kommerzieller Service und ein abgesicherter Service. Der offene Service soll einen Fehler von ±10m aufweisen.

China ist bereit mit anderen Staaten beim Aufbau des Systems zu kooperieren. Probleme mit den USA sind jedoch vorgezeichnet, vergleichbar denen, die es bei GALILEO mit PRS gab. Nach den bisherigen Kenntnissen über die Signale (E2 1561 MHz, E1 1589 MHz, E6 1268 MHz, E5b 1207 MHz) ist COMPASS mit GALILEO nicht kompatibel.

Während GALILEO sich durch Diskussionen und Streit inzwischen um 5 Jahre verzögerte, wird an COMPASS und GLONASS gearbeitet.

 

Absicherung der Satelliten-Navigation

GPS ebenso wie das zukünftige GALILEO wird in seiner Funktionsfähigkeit von unabsichtlichen (wie z.B.: unerkannte Satelliten-Signalmängel, Ausbreitungsanomalien z.B. durch Sonnenaktivität, Reflexionen und Abschattungen, Gefahr droht auch von Ultra-Wideband-Networks) aber auch absichtlichen Störungen vermindert oder sogar verfälscht. In die Kategorie absichtlicher Beeinflussungen fallen Manipulationen im Konfliktfall aber auch Störungen durch Terroristen oder Hacker. Eine umfassende Verwendung eines Backup-Systems könnte den Störanreiz vermindern. Die Störtechniken sind bekannt, entsprechende Einrichtungen auf dem Markt (schon 1997 wurde für $3.500 auf der Moskauer Luftfahrtschau ein GPS-Störsender angeboten). Sie sind aber auch leicht zu bauen, Anleitungen bietet das Internet. Bauteile für ca. $500 genügen für eine Störreichweite von ca. 200 km. Damit ließe sich die GPS-Navigation über die Breite vieler Meeresengen, beispielsweise des englischen Kanals oder der Elbmündung, zum Erliegen bringen. Die Wirkung des Störsenders verbunden mit einer Verminderung seiner Auffindbarkeit ließe sich leicht durch einen Zufallsgeber als Ein/Aus-Schalter steigern. Die zwar kostenintensive Erzeugung eines GPS-ähnlichen Signals würde die Störreichweite bei gleicher Leistung noch um etwa den Faktor 10 erhöhen.

Je umfangreicher die Anwendungen und Abhängigkeiten von GPS werden, desto größer wird auch der Anreiz für absichtliche Störaktivitäten (vergl. Internet-Hacker). Die weiträumigen Stromversorgungsstörungen im Jahre 2003 (14.Aug. NE-USA, 12.Aug. London, 23.Sept. Dänemark/Südschweden, 28.Sept. Italien) hatten ihre Ursache nicht in einer GPS-Störung. Aber die Stromverteilung, auch in Deutschland, stützt sich weitgehend auf die Zeitinformationen von GPS. Der 11.Sept.2001 hat gezeigt, dass alles was geschehen kann auch geschieht. In den USA gehören daher die Nutzer von Zeit-Informationen auch zu den stärksten Verfechtern eines GPS-Backups.

Differential-GPS (DGPS, Oberbegriffe: Ground-Based Augmentation System, GBAS aber auch Local-Area Augmentation System, LAAS) war der erste Ansatz zur partiellen Absicherung von GPS. Von einer Referenz-Station, werden international standardisierte GPS-Korrekturen ermittelt und ausgesendet. Die Verwendung der Korrekturen in der Bordanlage ergibt in einem begrenzten Gebiet um die Referenz-Station einen auf etwa ±3m verminderten Fehler. Viel wichtiger ist aber, dass sich die Integrität von GPS verbessert, d.h. es wird rechtzeitig vor an Bord nicht erkennbaren Mängeln der Satelliten-Signale gewarnt. Der geringe Positionsfehler von ±3m ist für die Navigation ohnehin nicht erforderlich, schon ±13m  erfordern erhöhte Aufmerksamkeit, da viele Seekarten diese Genauigkeit nicht unterstützen.

Inzwischen gibt es in Europa ca. 160 DGPS-Sender, sie nutzen die ehemaligen Funkfeuerfrequenzen. Insgesamt wurden in über 30 Ländern DGPS-Stationen gebaut oder haben ihren Betrieb bereits aufgenommen. Die Nutzung ist kostenlos. Die US Coast Guard erklärte am 15.März 1999 ihr DGPS für voll verwendungsfähig. Eine Abdeckung der gesamten USA mit DGPS (Nationwide DGPS, NDGPS) besteht inzwischen. Infolge veränderter Zuständigkeiten drohte NDGPS jedoch im Oktober 2007 das Ende, was zu einem erhöhten Druck für den Fortbestand von LORAN (eLORAN) sorgt. Auch in Deutschland entstanden 5 zusätzlicher DGPS-Stationen (Zeven/Niedersachsen, Koblenz, Iffezheim/Baden-Württemberg, Bad Abbach/Bayern, Mauken/Oberelbe/Sachsen-Anhalt). Sie sollen die Binnengewässer abdecken, mit dem Nebeneffekt, dass sie das gesamte Bundesgebiet versorgen.

Es gibt daneben mindestens ein privates, gebührenpflichtiges globales DGPS (GreenStar) der Firma John Deere.

Nach erfolgreichen Versuchen mit einem geostationären INMARSAT-Nachrichten-Satelliten, werden jetzt von 3 Satelliten (15,5°W / PRN120, 21,5°E / PRN124, 25°E / PRN126) Korrekturen für GPS und Warnungen bei Störungen verbreitet. Dieses als GNSS-1 oder EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) bezeichnete System erlangt am 28.Juli 2005 die Initial Operationel Capability (IOC). Es deckt Europa, Atlantischen Ozean, Afrika und Mittleren Osten ab. Als Betriebsdauer waren 5 Jahre mit der Möglichkeit einer Verlängerung auf 10 Jahre vorgesehen. Das System ist dem amerikanischen Wide Area Augmentation System, WAAS (Satelliten auf 133°W / PRN135 und 107,3ºW / PRN138) vergleichbar und sollte, wie dieses, primär der Luftfahrt dienen. Inzwischen wird es aber auch erfolgreich in anderen Verkehrsbereichen angeboten. Auch für den Sportboot-Bereich gibt es entsprechende Anlagen. 

Ähnliche Entwicklungen werden auch von Kanada (CWAAS), China (Satellite Navigation Augmentation System, SNAS) und Indien (GAGAN, 1 Sat. 64ºE / PRN127) betrieben.

Das Funktionsprinzip dieser satellitengestützten Differential-Systeme (Space-Based Augmentation System, SBAS) unterscheidet sich von den erdgebundenen DGPS (GBAS). Beiden gemeinsam ist jedoch, dass sie bei Ausfall von GPS nutzlos sind.

Die Struktur der abgestrahlten Signale wurde genau wie bei DGPS international genormt. Es sind auch hier Referenzstationen beteiligt und zwar eine Vielzahl. Die Verteilung der Informationen an die Nutzer erfolgt über geostationäre Satelliten. Die Bezeichnungen für die beteiligten Einrichtungen bei den verschiedenen SBAS sind nicht einheitlich, obwohl ihre Aufgaben identisch sind.

Nachfolgend werden zur Erklärung die Bezeichnungen von EGNOS benutzt.

Über das Versorgungsgebiet sind zahlreiche Reference and Integrity Monitoring Stations (RIMS) verteilt. Von ihnen werden die Entfernungsfehler zu den jeweils sichtbaren Satelliten ermittelt. Sie werden jedoch nicht als Korrekturen direkt an die Nutzer verteilt. Statt dessen werden sie in einer zentralen Kontrollstation, Mission Control Center (MCC), verarbeitet. Davon gibt es ebenfalls zur Sicherheit mehrere, es ist jedoch nur jeweils eine aktiv. Die verschiedenen Fehleranteile des Satelliten-Signals arbeitet man dort heraus. Uhren-, Bahndatenfehler können dabei dem jeweiligen Satelliten zugeordnet werden, während der Ionosphären-Ausbreitungsfehler ortsabhängig ist. Er wird für die Punkte eines Gitternetzes berechnet, dessen Größe sich aus der geographischen Verteilung der RIMS ergibt. Dieses mit Werten besetzte Netz bestimmt das Versorgungsgebiet. Ein weltweit gültiges Gitternetz wurde bereits definiert, die Punktabstände betragen zwischen 55°N und 55°S jeweils 5° in Breite und Länge, in höheren Breiten bis 75° erhöht sich der Abstand auf 10°. Abhängig von der Geschwindigkeit mit der sich die verschiedenen Fehler ändern, erfolgt die Aufdatierung der Korrekturen alle 1 bis 5 Minuten. Sie werden von Erdestationen, Navigation Land Earth Station (NLES, je 2 für jeden Geo-Sat.), zum geostationären Satelliten (positioniert 36.000 km über dem Äquator) übertragen.

Alle Geo-Satelliten geben die Informationen in einem genormten Datentelegramm an den Nutzer weiter. Er soll aus Sicherheitsgründen jeweils die Signale zweier Geo-Satelliten empfangen können. Die GPS-Anlage des Nutzers korrigiert dann Uhren-, Bahndatenfehler der benutzten GPS-Satelliten direkt. Die empfangenen Ausbreitungskorrekturen der zur eigenen Position nächstgelegenen Gitternetzpunkte werden gemittelt. Das Ergebnis dient dann dazu, das im GPS-Empfänger benutzte Ionosphären-Ausbreitungsmodel zu verbessern. Ohne diese Korrektur verwendet der GPS-Empfänger ein globales, von den GPS-Satelliten etwa wöchentlich aufdatiertes Ausbreitungsmodel, das keine zeitlich und/oder örtlich begrenzt auftretenden Unregelmäßigkeiten berücksichtigen kann, wie sie beispielsweise Sonnenaktivitäten, der neue Zyklus begann gerade, erzeugen. Der Gewinn des SBAS-Korrekturverfahrens ist ein auf etwa ±3 m verminderter Standortfehler.

Da von den Referenzstationen die GPS-Satelliten auch auf Signalmängel beobachtet werden, kann gegebenenfalls innerhalb von 6 s (Luftfahrtforderung) eine entsprechende Warnung der Nutzer erfolgen. 

Alle Informationen werden von den Geo-Satelliten auf der gleichen Frequenz (1575,42 MHz) ausgestrahlt, die auch für das zivil nutzbare GPS-Signal L1 verwandt wird. Ein zusätzlicher Empfänger, wie er beim bodengestützten DGPS erforderlich ist, entfällt daher. Hinzu kommt, dass auch die Struktur des Signals ähnlich der des GPS-Signals gewählt wurde. Dadurch können die geostationären Satelliten wie zusätzliche „GPS-Satelliten“ auch für die Standortbestimmung herangezogen werden. Wegen dieser Zusatzfunktion werden sie von den Referenzstationen wie die GPS-Satelliten beobachtet und ihre eventuell fehlerhaften Daten korrigiert bzw. ihre Funktion „GPS-Satellit“ abgeschaltet, ohne dass davon die Übertragung der Korrekturdaten und Warnungen beeinflußt sein muss. Die Geo-Satelliten unterliegen darüber hinaus aber ähnlichen Beschränkungen wie die GPS-Satelliten, ihre Signale können abgeschattet werden.

Die GPS-Ergänzung durch SBAS hat drei Aspekte:

1)      Integritätsgewinn durch schnelle Warnung bei vom Nutzer nicht erkennbaren Signalmängeln einzelner GPS-Satelliten,

2)       Verminderung des Standortfehlers durch Verbesserung des Ausbreitungsmodels,  

3)       Erhöhung der Satellitenanzahl für die Standortbestimmung.

 

WAAS besitzt seit dem 10.Juli 2003 für die Luftfahrt den Status Initial Operational Capability (IOC). Für bodengebundene Anwendungen kann es voll benutzt werden.

Es gibt daneben noch einige firmeneigene DGPS-Netze z.B. von Thales, Racal, Fugro, die allerdings nur gegen eine Gebühr genutzt werden können. Weitere Stützungsverfahren mittels Satelliten sind angedacht.

Es darf allerdings nicht übersehen werden, dass im Konfliktfall auch die Wirksamkeit der Differential-Korrekturen durch Manipulationen an GPS beeinträchtigt werden kann! Bei Ausfall von GPS ist jede Form eines Differential-GPS ohnehin völlig nutzlos. DGPS bietet auch keinen Schutz gegen örtliche Störsender. Es müßte also immer angestrebt werden, ein zweites, unabhängiges Navigations-Verfahren zur Stützung heranzuziehen.

Ein anderes Stützungsverfahren plant Japan begrenzt auf sein Territorium. Im Rahmen des Multi-Function Transport Satellite (MTSAT, 2 GEO-Sat. 140ºE / PRN129 und 145ºE / PRN137, Nutzungsfreigabe Sept. 07) wurden im April 2003 $461 Mio. (insgesamt $1,6 Milliarden für 12 Jahre) für die Entwicklung eines Quasi Zenith Satellite System (QZSS) genehmigt. Mit den vorgesehenen 3 Satelliten (1. Start 2008), die zu GPS identische Signale (L1, L2C, L5) senden werden, soll die Positionsermittlung in Tälern und städtischen Häuserschluchten verbessert werden.

Als redundantes, terrestrisches Verfahren zu GPS kristallisierte sich LORAN heraus, zumal es in modifizierter Form Genauigkeiten vergleichbar GPS erreicht. Selbst die USA hoben das geplante Betriebsende ihrer LORAN-Ketten ohne Angabe eines neuen Termins auf. Die nordeuropäischen Ketten werden auf Wunsch der EU z.Z. ebenfalls noch weiter betrieben. Auch aus der GUS wurde bekannt, dass dort die LORAN-Ketten neben dem eigenen Satelliten-Navigationsverfahren GLONASS in Betrieb bleiben sollen.

Das nordeuropäische LORAN-Netz (NELS) besaß eine hervorstechende Besonderheit: alle 4 Ketten waren untereinander synchronisiert. Inzwischen modernisieren die USA ihre Ketten mit dem gleichen Ziel. Damit wird die strenge Verbindung eines Hauptsenders mit seinen 3 bis 4 Nebensendern bei der Navigationslösung weitgehend aufgehoben; es kann eine beliebige Kombination der verschiedenen Sender für die Positionsbestimmung herangezogen werden. Da die Netze nicht nur unter sich, sondern auch mit GPS synchronisiert sind, können Navigationsanlagen gebaut werden, die beide Verfahren gleichzeitig nutzen. Jeder LORAN-Sender wird hierbei als zusätzlicher, "Pseudo"-GPS-Satellit angesehen. Diese Methode gestattet es, Verfahrensmängel sowohl bei LORAN als auch bei GPS zu erkennen, dies wäre bei Nutzung nur eines Verfahrens nicht möglich. Diese Entwicklung beruht auf deutschen Studien (BMVtg Bundesministerium für Verteidigung  , WSD Nord)

  Die Techn. Universität Delft entwickelte außerdem eine Methode,  das LORAN-Signal (100 kHz) mit DGPS-Korrekturen zu modulieren. Dies als EUROFIX bezeichnete Verfahren wurde auf  den Stationen Sylt, Bø, Værlandet (Norw.) und Lessay (Frankr.) installiert. Die Korrekturen ergeben GPS-Positionsfehler von ±3m (95%) in einer Entfernung von 400km; auch in Gebirgstälern (Alpen, 1000km Entfernung) und Häuserschluchten wurde die volle Funktionsfähigkeit nachgewiesen. Bei vollständigem Ausbau wären in vielen Gebieten mehrere EUROFIX-Stationen zu empfangen. Dadurch können zusätzlich statistische Methoden zur Fehlererkennung eingesetzt werden, ähnlich wie es bei GPS mit mehr als 4 brauchbaren GPS-Satelliten möglich ist. Zusätzlich könnten in Nordeuropa die DGPS-Stationen eingespart werden. In den USA und Rußland durchgeführte Untersuchungen ergaben dieselben guten Ergebnisse. Die USA arbeiten im Rahmen ihrer LORAN-Modernisierung an einem zu EUROFIX ähnlichen Verfahren eLORAN. In Saudi-Arabien werden die LORAN-Sender mit EUROFIX ausgestattet. Auch von der englischen Seezeichenverwaltung wird eLORAN für Europa gefordert. Sie schloß einen 15 Jahresvertrag mit VT Communication zum Betrieb von eLORAN. Während der intern. Sat.-Nav.-Tagung GNSS 07 in Genf verteilte die Seezeichenverwaltung den englischen Radio Navigation Plan in dem eLORAN ein vorrangiger Backup-Kandidat der elektronischen Navigation (eNavigation) ist.

Parallel zu den ausgestrahlten EUROFIX-Signalen wurde die Entwicklung preiswerter Empfängerbausteine gefördert. Die EU stellte Mittel im Programm "Integrated Ship Control" bereit. Das GAUSS-Komitee (Global Augmentation for Satellite Systems) erarbeitete unter deutscher Leitung mit namhaften internationalen Fachleuten die IMO Spezifikationen für Frequenznutzung und integrierte Empfangsanlagen. 

Neben der Verminderung des GPS-Fehlers auf ca. ±3m und des auch hier vorhandenen, viel wichtigeren Integritätsgewinnes ist zusätzlich eine Verbesserung bei LORAN möglich. LORAN besitzt, wie jedes Navigationsverfahren, systematische Fehler, hier bedingt durch unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Die Korrektur der Signalausbreitung über See vom Sender zum Empfänger wird durch den gut erfaßbaren Secondary Phase Faktor (SF) berücksichtigt. Sind jedoch vom Signal auch Landgebiete zu überbrücken, über denen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten sehr unterschiedlich sind, so bedarf die Positionsbestimmung einer weiteren Korrektur, dem Additional Secondary Phase Factor (ASF). Dieser zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit vom Empfangsort. Mit EUROFIX/GPS lässt sich erstmals jederzeit und laufend die Gesamtkorrektur ermitteln (SF zuzüglich ASF), quasi als Differenz zwischen den Positionen aus dem reinen LORAN und dem EUROFIX-DGPS. LORAN, auf diese Weise laufend kalibriert, weist bei Ausfall von GPS/DGPS einen Fehler von ca. 20m auf. Mit diesem Fehler ist es hervorragend als kurzzeitige Redundanz zu GPS geeignet.

LORAN hat als Stand-Alone-System, wie es vor 20 Jahren genutzt wurde, allerdings keine Bedeutung mehr. Im zukünftigen Navigations-Verfahrens-Mix wird das Global Navigation Satellite System die primäre Komponente sein.

Da in naher Zukunft Satelliten-Verfahren nicht sämtliche Anforderungen der Nutzer erfüllen können, sollte LORAN als Stützung, insbesondere aber als Integrationsbestandteil eines robusten Navigationssystems, dienen. Die Integration sollte dabei auf der Nutzerebene, d.h. in der Navigationsanlage erfolgen.

Dieser Tatbestand wurde dem BMVBS (vorm. BMVBW) offenbar inzwischen ebenso wie das Gefährdungspotential bei GPS und GALILEO bewußt, warum sonst würde man Sylt  ohne festen Abschalttermin weiterbetreiben lassen. Nur Aktivitäten für Reaktionen, wie Havarie-Kommando oder Seeunfalluntersuchungsbehörde genügen nicht, so notwendig sie auch sind. Das Schicksal des europäischen LORAN-Netzes, selbst in modifizierter Form, als Ergänzung und Sicherung der Satelliten-Navigation ist aber weiterhin unsicher. Gleiches gilt für die USA trotz der LORAN-Modernisierung.

In Diskussionen über LORAN wird immer wieder übersehen, dass es sowohl senderseitig als auch empfängerseitig in den letzten Jahren eine enorme Fortentwicklung gegeben hat, es kann GPS ersetzen in Gebieten mit Sichtbehinderungen zu den Satelliten; EUROFIX (als DGPS mit Integrity-Information) könnte ohne weiteres die Zahl der DGPS-Stationen mit den ehemaligen Funkfeuerfrequenzen reduzieren. Verglichen mit den Geldern für die Entwicklung und den Aufbau von EGNOS und GALILEO sind die Kosten für eine europaweite Erweiterung von LORAN und den Betrieb ein Taschengeld.

 

Auch kombinierte Navigationsanlagen für GPS und GLONASS werden bereits angeboten, um Mängel des einen Verfahrens durch das zweite ausgleichen zu können. Die Methode hat ihre Brauchbarkeit bewiesen, hängt aber von der unsicheren Zukunft von GLONASS ab.

Ebenso wird es kombinierte GPS/GALILEO-Anlagen geben, nicht nur zur gegenseitigen Stützung sondern auch zur Verminderung des Positionsfehlers.

Es darf aber nicht verkannt werden, dass die Kombination zweier Satelliten-Verfahren, die im gleichen Frequenzbereich und mit etwa gleicher Leistung arbeiten, auch sehr einfach simultan gestört werden können, im Gegensatz zur Kombination LORAN/GNSS.

Eine in GPS selbst begründete Sicherungsmöglichkeit stellt RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) dar. Bei einem Überangebot an nutzbaren GPS-Satelliten, augenblicklich sind bis zu 31 statt 24 aktiv, wird vom Empfänger über mathematische Methoden auf mängelbehaftete Satelliten-Signale rückgeschlossen und diese für die Positionsberechnung nicht benutzt. Sind jedoch die Signale von mehr als einem Satelliten fehlerhaft, kann es Probleme geben. Diese Technik ist für zulassungspflichtige GPS-Anlagen inzwischen vorgeschrieben. Sportboot-Anlagen sind nicht zulassungspflichtig und verfügen bisher noch nicht über diese Technik.

ROYAL  INSTITUTE   OF  NAVIGATION    "NAVIGATION CONFERENCE 02"

(GNSS VULNERABILITY, London, 5-7 November 2002)

 

Am Ende der Konferenz wurde folgende Resolution verabschiedet:

In order to insure that GALILEO can contribute to a robust global navigation and timing infrastructure, this conference strongly recommends that European Administrations recognise the key findings of the US Volpe Report, the NAV 02 proceedings and other studies of the significant vulnerability of GNSS to loss of signal, interference and jamming. The conference noted that many of these concerns apply to GALILEO as well as GPS.

The Volpe Report identifies the need to ensure that appropriate and adequate alternative systems are maintained as required for the use by maritime, aeronautical and land navigators, as well as for timing and telecommunications applications.

An Action Plan should be formulated as a matter of urgency to address this issues. This should be used as an input to the European Radionavigation Plan.  

Auch auf allen folgenden nationalen und internationalen Fachkonferenzen, an denen der Verfasser teilnahm, wurde ungeteilt die gleiche Ansicht vertreten.

Fazit:

Als Schlußfolgerungen ergeben sich:

1)         Es sind zwei Zeitabschnitte unterscheidbar:

a) bis zur Betriebsaufnahme eines zivil kontrollierten Satelliten-Navigationssystems (GALILEO 2013?) oder -Überwachungsverfahrens

            b)  nach Betriebsaufnahme des zivilen Systems.

2)         Folgende Veränderungen sind in den Zeitabschnitten zu erwarten:

a) GPS kann benutzt werden, wegen fehlender Integrität sollte parallel jedoch aus Sicherheitsgründen ein redundantes Verfahren mindestens aber GBAS oder SBAS eingesetzt werden.

LORAN-C kann bis auf weiteres integriert mit GPS als Backup zu GPS dienen.

Differential-GPS und/oder EUROFIX/eLORAN werden ausgebaut

b)  Ein hoffentlich international verwaltetes und betriebenes Satelliten-Navigationssystem (GNSS) oder Sat.-Nav.-Überwachungs- bzw. Ergänzungsverfahren wird den Betrieb anderer Funknavigationssysteme dann bei vielen aber nicht allen Anwendungen überflüssig machen.

 

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