European Geostationary Navigation Overlay Service – Was ist das überhaupt?

Durch den flexiblen Einsatz und die weltweite Nutzung erfreut sich die Satellitennavigation großer Beliebtheit. Dieses System verwendet Satellitendaten und berechnet die benötigten Informationen anhand der Übertragungsdaten. Die Bezeichnung global positioning system, kurz GPS, steht für den Begriff Positionsbestimmungssystem. Mithilfe dieses Systems ist es möglich, Orte und Positionsdaten mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Doch bei Verwendung dieser Technologie sind auch Berichtigungen notwendig, hierzu wird ein Erweiterungssystem zur Satellitennavigation eingesetzt, es unterstützt den GPS-Empfänger, es korrigiert das Signal und sorgt für geringe Softwarefehler.

Das Kürzel EGNOS steht für die Bezeichnung the European geostationary navigation overlay service, das System sendet entsprechende Daten zur Berichtigung für die Technik rund um GNSS. In diesem Fall verbessert es die Positionsgenauigkeit innerhalb von Europa. Zusätzlich ist es funktionell und protokollmäßig voll kompatibel zu weiteren Korrektursystemen, beispielsweise zum amerikanischen WAAS.

GPS und EGNOS

Ursprünglich wurde GPS für das US-amerikanische Militär entwickelt. Die Signale der GPS-Satelliten sollten so bei der Kriegsführung unterstützen. Einige Jahre später wurde das Global Positioning system zur zivilen Nutzung freigegeben. Doch die Positionsgenauigkeit von GPS ließ anfangs noch Spielraum nach oben offen, vor allem weil künstliche Phasenschwankungen geschaltet wurden. Durch die Abschaltung der künstlichen Störfaktoren wurden die Messungen genauer, doch weiterhin gab es Fehlerquellen, die eine genaue Messung erschwerten.

Wie GPS-Systeme funktionieren

Für eine genaue Positionsbestimmung mittels des GPS-Systems verwenden GPS-Empfänger die Signale von Himmelskörpern. Jeder der einzelnen Himmelskörper sendet sein individuelles Signal in einem bestimmten Rhythmus aus. Mithilfe der Satellitendaten und der Dauer der Übertragung können die eigene Position, sowie die Geschwindigkeit exakt bestimmt werden. Die Geschwindigkeit der Funksignale beim Passieren der Ionosphäre hängt auch vom Ionisationsgrad ab, dieser birgt eine weitere Fehlerquelle. Der Effekt ließ sich durch den Vergleich der Laufzeiten korrigieren, zivile Navigationsgeräte empfangen die Signale der GNSS-Satelliten nur auf einem Frequenzband. Herkömmliches differenzielles GPS ermöglicht eine entsprechende Berichtigung, doch nur, wenn die Station in der Nähe ist, da es in diesem Fall auf einer einzelnen Referenzstation mit bekannter Position basiert.

EGNOS-Korrekturdaten über das Internet

Geostationäre künstliche Himmelskörper stehen in Europa nicht so hoch am Himmel, das erschwert die Anwendung für mobile Nutzer innerhalb von Städten. Die Signale sind schlechter zu empfangen, daher werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt. Versendete Informationen werden archiviert und zur Verfügung gestellt, das ermöglicht auch eine nachträgliche Anpassung von GNSS-Positionen, auch postprocessing genannt. Das sorgt für eine erleichterte Anwendungsentwicklung. Versendete, berichtigte Daten sind kostenfrei, umfangreiche Rohdaten aller RIMS sind kostenpflichtig, sie ermöglichen eine genaue Berichtigung, speziell in den Umgebungen der RIMS, sie sind garantiert verfügbar.

Berichtigung von Satellitendaten

Es befinden sich 40 Referenzstationen in Nordafrika, Europa und im Nahen Osten, diese werden auch RIMS genannt. Diese empfangen die Signale der verschiedenen Systeme GPS, Galileo und GLONASS. Die Signale der Himmelskörper müssen dicht über dem Horizont empfangen werden, um zusätzliche Reflexionen am Boden zu umgehen, dazu werden sie mit speziellen Antennen ausgestattet. Anhand der Daten der RIMS berechnen zwei redundante Kontrollzentren (auch Master control center genannt) die Korrekturwerte, diese ermöglichen Korrekturen der Satellitenpositionen als auch aktuelle Karten der Elektronendichte der Ionosphäre zur Berichtigung der Signallaufzeiten. Eine solche Karte ermöglicht Empfängern eine grobe Korrektur. Die Korrekturdaten werden durch sechs Up-Link-Stationen an die Himmelskörper übertragen, diese leiten die Korrekturdaten zur flächendeckenden Verteilung weiter.

Ein einfacher GNSS-Empfänger benötigt keine weitere Empfangseinheit, die Korrekturdaten versenden die geostationären Satelliten auf der GPS L1-Frequenz. Um eine bessere Ortsgenauigkeit zu erhalten ist es wichtig, dass am Startpunkt für längere Zeit Sichtverbindung zu einem EGNOS Himmelskörper besteht. Die Wege müssen dahingehend gewählt werden, sodass Gebiete mit vollständiger Abschattung gemieden oder zügig durchquert werden können.

Das System EGNOS verfügt über zwei aktive Himmelskörper, neben dem seit 2006 ausgestrahlten regulären EGNOS-Signal ist das Signal des weiteren EGNOS Satelliten nur für Testzwecke vorgesehen.

Einsatzgebiete und Verwendung von EGNOS und GPS

EGNOS erhielt 2010 die Freigabe für safety-of-life-Anwendungen, neben Daten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit informiert EGNOS auch über die Integrität. Innerhalb von 6 Sekunden erfahren die Nutzer des Dienstes, wenn das genutzte System falsche Daten sendet und der Empfang gestört ist. EGNOS safety of life wird vor allem dann eingesetzt, wenn die Positionsgenauigkeit lebenswichtig ist, beispielsweise im Flugverkehr.

Entwicklung des Systems EGNOS v3

Seit Oktober 2009 ist EGNOS v2 offiziell im Betrieb , seit Dezember 2010 wird es offiziell ausgesendet. Seit März 2011 können Nutzer es anwenden, im Dezember des gleichen Jahres erhielt EGNOS durch das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung die Zustimmung zum Projekt safety-of-life. Ab dem November des Jahres 2013 wurden durch das Europäische Parlament weitere Finanzierungen für EGNOS und Galileo für den Zeitraum 2014–2020 genehmigt. Diese finanziellen Mittel waren essenziell für die Entwicklung von EGNOS v2, parallel arbeitete man bereits an EGNOS v3, welches die Genauigkeit von Berechnungen zusätzlich erhöhen sollte, es wird durch zwei Frequenzbänder unterstützt.

Um GPS-Signale ohne Probleme zu nutzen sind Berichtigungen der Berechnungen unerlässlich, eine Standortbestimmung umfasst geografische Daten. Die Exaktheit einer solchen Ermittlung liegt zwischen 13 Metern und 1 Millimeter, desto mehr Signale das GPS-Gerät empfängt, umso genauer fällt das Endergebnis aus.

Kompatible Empfänger und Zuständigkeiten

Zeitgemäße GPS-Empfänger unterstützen die korrigierenden Signale und können die empfangenen Daten entsprechend verarbeiten. Der Open Service ist kostenlos für den Nutzer. Es handelt sich um ein gemeinsames Projekt der ESA und der europäischen Flugsicherung Eurocontrol. European satellite service provider SAS (ESSP) hat seinen Sitz in Toulouse und vermarktet und betreibt das Erweiterungssystem im Auftrag der EU.