Trends & Entwicklungen

SAPOS^®

Apr. 2012

Seit 12. April 2010 werden mit den HEPS-Korrekturen kostenfrei Transformationsparameter in die Landessysteme (Lage und Höhe) verschickt. Die Transformationsparameter werden nur über Ntrip ausgesandt. Bei 130 unabhängigen Prüfpunkten wurden folgende Genauigkeiten erzielt:

Lage (GK):        < 10cm  (100%) , < 7cm (94%) und < 4cm (71%)

Höhe (DHHN92): < 5cm (100%)

Die Transformationsparameter sind nicht für den Einsatz im Kataster zugelassen.

GPS

Apr. 2012

GALILEO ist in aller Munde, aber auch im Bereich des amerikanischen Global-Positioning-Service steht die Entwicklung nicht still.
Es umkreisen 31 Satelliten die Erde, die momentan auch alle genutzt werden können. Darunter sind sieben Block IIR-M Satelliten (5,7,12,15,17,29,31). Diese können nicht nur auf der Frequenz L1, sondern auch auf L2 Code (L2c) versenden. Der Code auf L2 soll zudem stärker und sicherer sein als der auf L1, womit eine robustere Bestimmung der Phasenmehrdeutigkeiten ermöglicht wird. Durch den zweiten Code wird dann auch eine bessere Schätzung der Ionosphäre möglich.

Seit 14.10.2011 stehen zwei Satelliten (PRN 1, PRN 25) des neuesten Typs Block II-F zur Verfügung, der neben einer genaueren Atomuhr und einer stärkeren Sendeleistung auch die dritte zivile Frequenz L5 abstrahlt. L5 soll künftig neue Berechnungsalgorithmen und dadurch schnellere und bessere Lösungen der Phasenmehrdeutigkeiten, bessere Fehlerkorrekturen (z.B. Ionosphäre) und somit höhere Genauigkeiten ermöglichen. Weitere Satelliten werden folgen und so nach und nach die alten Satelliten ersetzen. Bei den Geräteherstellern sind schon seit geraumer Zeit Empfänger erhältlich, die die neuen Signale L2C und L5 verarbeiten können.

Ab 2014 ist der Start von Block III Satelliten vorgesehen, die neben stärkeren Sendeleistungen und genaueren Uhren, zusätzlich einen zweiten, stärkeren Code auf L1 (L1c) abstrahlen werden. Bis 2021 soll die Aufrüstung abgeschlossen und voll nutzbar sein. 

Bitte beachten Sie, dass wir in Baden-Württemberg bisher weder L2c- noch L5-Signale unterstützen.

Die Anzahl der momentan 12 Bodenkontrollstationen soll in 2012 auf 17 erhöht werden, sodass die Möglichkeit besteht, dem Nutzer in Zukunft (wie bei GALILEO) Zuverlässigkeits- und Integritätsaussagen zum GPS-System bereitzustellen. Die Überwachung soll außerdem durch die Einbeziehung geostationärer Satelliten des amerikanischen DGPS-Dienstes WAAS (Wide Area Augmentation System) kontrolliert werden. Damit wäre ein weiteres Manko des aktuellen GPS gegenüber dem zukünftigen Galileo aus der Welt. 

GLONASS

Apr. 2012

Das amerikanische GPS ist nicht das einzige Navigationssystem das mit SAPOS^® genutzt werden kann. Auch für das russische GLONASS (Global Navigation Satellite System), das schon seit über 20 Jahren betrieben wird, stehen unseren Nutzern Korrekturdaten zur Verfügung. Dessen Satelliten umkreisen die Erde in ca. 19.000 km Höhe und brauchen für einen Umlauf 11 Stunden und 15 Minuten. Überwacht wird das System von fünf Bodenstationen. Im September 2007 wurde das bis dahin verwendete Koordinatensystem SGS85, auf den internationalen Standard ITRF2000 umgestellt, was eine Interoperabilität mit anderen GNSS erleichtert. Ein weiterer Unterschied z.B. zu GPS ist, dass alle russischen Satelliten identische Signale auf unterschiedlichen Frequenzen senden (FDMA). Bei GPS aber alle Satelliten unterschiedliche Signale auf gleichen Frequenzen (CDMA). Dadurch ist eine Fixed-Lösung aus GPS- und GLONASS-Satelliten nicht so einfach zu bewerkstelligen. Zudem werden mindestens zwei GLONASS-Satelliten benötigt, um eine GPS Ambiguity Suche zu unterstützen.

Zum jetzigen Zeitpunkt sind 31 Satelliten im Orbit, von denen momentan 24 genutzt werden können. Darunter ist schon der erste Satellit des neuen K-Typs (K1-#701), der neben den L1-L2-Frequenzen (FDMA) über L3 schon erfolgreich das CDMA-Signal ausstrahlt. Der erste Schritt zur besseren Intergration der Glonass-Satelliten in andere Satellitennavigationssysteme ist damit getan.
2013 sollen weitere Satelliten eines erweiterten Typs folgen, die neben L3 auch auf L1 und L2 CDMA versenden. Die Interoperabilität mit GPS oder GALILEO wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Vorteile durch die Nutzung verschiedener GNSS sind zum Einen unabhängige Kontrollen der Messungen und zum Anderen, durch die deutlich erhöhte Anzahl von Satelliten, Vorteile für das Arbeiten in abgeschatteten Bereichen.

GALILEO

Apr. 2012

Dieses Satellitennavigationssystem soll als Ergänzung zum etablierten, amerikanischen GPS, und dem russischen GLONASS, auf dem europäischen Markt neue Anwendungsgebiete erschließen. Außerdem versucht man sich somit aus der Abhängigkeit der militärischen Konkurrenzprodukte zu lösen, um den ausschließlich zivilen Nutzern jederzeit die volle Systemgenauigkeit garantieren zu können. Die Nutzung für militärische Zwecke ist momentan allerdings nicht mehr ganz auszuschließen.
Da sich das europäische Firmenkonsortium nicht einigen konnte und sich bei Finanzierungs- und Kompetenzfragen zerstritt, wird nun die EU-Kommission für die Errichtungskosten in Höhe von ca. 4,5 Milliarden Euro aufkommen. Als mögliche Gegenleistung steht dann eine militärische Nutzung im Raum.

Der momentanen Planung nach, sollen insgesamt 30 Satelliten in einer Höhe von 23616 km, und einer Umlaufdauer von ca. 14,4 Stunden, verfügbar sein. Es wurden mittlerweile 22 Satelliten bei der Deutschen OHB System AG bestellt und am 21.Oktober 2011 die ersten beiden von vier "In Orbit Validation - Satelliten" in den Orbit gebracht. Ende 2012 soll dann der erste "echte" Satellit gestartet werden, womit endlich der Aufbau des operativen Systems beginnt. Nach und nach werden dann weitere Satelliten mit Sojus-Trägerraketen gestartet, so dass 2015 mit 18 Satelliten der reguläre Betrieb des offenen Dienst (OS) und des öffentlich regulierten Dienst (PRS) aufgenommen werden kann. Der Safety-of-Life (SoL) und der kommerzielle Dienst (CS) sollen dann erst später (2018) mit dem Vollausbau auf 30 Satelliten angeboten werden.

Die Abstrahlung von bis zu drei Frequenzen (E1, E5 und E6), wird dann hochgenaue RTK- Anwendungen ermöglichen. Durch die kontinuierliche Aufrüstung des amerikanischen GPS, ist mit GALILEO im Vergleich dazu aber keine nennenswerte Genauigkeitssteigerung zu erwarten. Die Vorteile liegen woanders:
Die GALILEO Satelliten werden zwar unabhängig von GPS arbeiten, die beiden Systeme sollen jedoch miteinander kompatibel sein, denn die Frequenzen der GPS Signale L1 und L5 sollen auch von den GALILEO Satelliten abgestrahlt werden. Dadurch kann der Nutzer auch einen einzelnen Galileo Satelliten nutzen und ihn quasi wie einen GPS Satelliten verwenden. Beim Endausbau der Systeme ist davon auszugehen, dass an jedem Messpunkt Europas immer 22-24 Satelliten zur Verfügung stehen. Das bringt dann nicht nur Genauigkeitssteigerungen und erhöhte Zuverlässigkeit der Ergebnisse mit sich, sondern ermöglicht auch das Messen in innerstädtischen Bereichen.

Ein weiterer Vorteil ist, das GALILEO die systemeigenen Anteile an der Integritätsinformation selbst bestimmt und zur Verfügung stellt. Der Nutzer bekommt somit die Möglichkeit eine Zuverlässigkeitsaussage über die erreichte Genauigkeit seiner Navigation zu treffen oder wird bei schlechten Messbedingungen gewarnt. Somit gewährleistet nur GALILEO eine verlässliche Anwendung in sicherheitsrelevanten Bereichen oder wenn die Position zu einer Abrechnung (Parkplätze, Maut, Streudienste, Abfallentsorgung...) herangezogen wird.

Vier grundlegende Navigationsdienste werden über GALILEO angeboten:

Open Service (OS):

Frei zugänglich und kostenfrei. 4 (15)  m Lage- und 8 (35) m Höhengenauigkeit mit Zwei- (Ein-) frequenzlösung

Commercial Services (CS):

Kostenpflichtig für autorisierte Nutzer. Zusätzliche Informationen wie Korrekturdaten, Datenbanken und geografische Karten können über die Satelliten ausgestrahlt werden. Außerdem Abstrahlung einer dritten Frequenz E6. Mit Korrekturdaten deutlich höhere Genauigkeit als mit OS möglich.

Safety-of-life Serivce (SoL):

Nur für spezielle Nutzergruppen wie z.B. zivile Luftfahrt. Leistungsfähigkeit wie OS

Public Regulated Service (PRS):

Nur von und für staatliche Stellen wie z.B. Polizei, Zivilschutz, Rettungsdienste ... Unterliegt der Kontrolle der EU und wird auf verschlüsselten Frequenzen gesendet.

Um die Anforderungen spezieller Anwendungen zu erfüllen, ermöglicht GALILEO lokale Korrektur- dienste, um differentielle Korrekturdaten, Integritätsinformationen, usw. zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgaben werden von SAPOS^® momentan schon für das amerikanische GPS und das russische GLONASS wahrgenommen. Mit der Einführung von Galileo ist damit zu rechnen, dass auch dafür SAPOS^®-Korrekturdaten ausgestrahlt werden. mehr....

Vorteile von GALILEO gegenüber dem momentanen GPS:
- Ziviles System
     > keine willkürliche Abschaltung oder Verschlechterung des Codes
- 30 hochmoderne Satelliten
     > genauere Atomuhren
     > optimale Konstellation über Europa
- 3 Frequenzen
     > schnellere Initialisierung
     > Sendeleistung 2-4 mal stärker
     > bessere Erfassung der Ionosphäre
- Integritätsinformationen
     > Verlässlichkeitsaussage für die Positionsbestimmung
     > Warnung vor schlechten Messbedingungen

Weitere Vorteile durch Kombination mit GPS/GLONASS:
- ca. 85 Satelliten, dadurch
     > messen in abgeschatteten Bereichen
     > schnellere, sicherere Initialisierung
     > bessere Positionierungsgeometrie
     > sehr zuverlässig. Praktisch keine "Ausreißer"
     > dadurch höhere Genauigkeit

Compass

Apr. 2012

Wenn die Sprache auf Satellitennavigationssysteme kommt, fällt immer öfter auch der Name des chinesischen Compass Systems. Es sind darüber nur wenige Informationen, aber um so mehr Spekulationen bekannt. Fest steht, dass mittlerweile schon acht Satelliten über dem Großraum Asien für eine Genauigkeit von ca. 10 m sorgen. Sieben davon sind geostationär bzw. geosynchron, einer befindet sich auf einem middle earth orbit und deckt somit mehr als nur das japanische Gebiet ab. Somit möchte man die Region mit Navigationssignalen für Verkehr, Wetter, Transport, Telekommunikation usw. versorgen.

Es deutet sich aber an, dass man nicht gewillt ist es dabei zu belassen. Obwohl China beim Aufbau von Galileo mit der EU zusammen arbeitet, möchten sie ihr eigenes System weiter ausbauen. Bis ende 2012 sollen 12 Satelliten regional für China nutzbar sein. Ein weltweiter Ausbau mit 30 Satelliten ist bis 2020 möglich. Die verwendeten Frequenzen werden an die Signale der bestehenden GNSS (GPS, GLONASS, Galileo) angeglichen, sodaß kombinierte Nutzungen möglich sind.

EGNOS

Apr. 2012

European Geostationary Navigation Overlay Service. EGNOS ist das europäische Pendant zu dem amerikanischen WAAS und ist Vorläufer für das europäische Navigationssystem Galileo. EGNOS zählt zu den sogenannten SBAS-Systemen, welche mit meist geostationären Satelliten über räumlich begrenzten Gebieten, bestehende GNSS-Systeme unterstützen.
EGNOS wird kostenfrei angeboten, und soll eine Genauigkeit von etwa 1m (max. 3m) ermöglichen. Momentan arbeitet EGNOS ausschließlich mit amerikanischen (GPS) und russischen (Glonass) Satelliten. Ziel von EGNOS ist vor allem für die Luftfahrt DGPS-Korrekturdaten für die Bereiche Europa, mittlerer Osten, Afrika, Lateinamerika und Zentralasien bereitzustellen. Hierfür empfangen 34 Bodenstationen die Satellitensignale und leiten sie an vier Kontrollzentren in Deutschland, Großbritannien, Italien und Spanien weiter, die daraus Korrekturen für Position, Uhr und Ionosphäre berechnen.
Eine Besonderheit von EGNOS ist, dass Integritätsinformationen mitgeschickt werden, die den Empfänger schon 6 Sekunden nach Auftreten eines Mangels (z.B. Satellit, Atmosphäre...) vor schlechten Signalen warnen.

Die Frequenz der EGNOS-Daten ist identisch mit der GPS-Frequenz, sodass extra Antennen und Empfänger entfallen. Die DGPS-Korrekturdaten werden über drei geostationäre Satelliten (IOR-W, AOR-E, Artemis) in 36000km Höhe abgestrahlt. Seit März 2011 ist EGNOS auch für Safety-of-Life Anwendungen (z.B. für die Luftfahrt) zertifiziert.

Für den Bereich von Deutschland kann es allerdings zum Problem werden, dass die Satelliten so weit südlich stehen, und damit nur eine geringe Höhe über dem Horizont haben. In dicht bebauten Gebieten, Wäldern, bei Abschattungen Richtung Süden und in nördlichen Breiten kann es dadurch zu Empfangsproblemen kommen.

EGNOS Nutzung für Smartphones:
Auf der Internetseite "www.egnos-portal.eu" (/Developer Platform), kann ein sogenannter Software Development Toolkit (SDK) heruntergeladen werden, der die Nutzung der EGNOS-Korrekurdaten für I-Phones, Android-Smartphones und Blackberrys ermöglicht.
Eine Besonderheit dabei ist, dass die Korrekturen nicht nur über die geostationären Satelliten empfangen werden können, sondern für den Fall das diese nicht verfügbar sind, die Korrekturdaten auch von einem Internetdienst bereitgestellt werden.
Der Quellcode ist frei verfügbar und wird mit ausführlichen Anleitungen und Demoprogrammen für jedes Betriebssystem angeboten.