Neuer Galileo-Service soll eine Genauigkeit von 20 cm bieten

Nach monatelanger Erprobung durch ESA-Ingenieur*innen im technischen Zentrum ESTEC in den Niederlanden wurde der High Accuracy Service (HAS) von Galileo auf der Europäischen Raumfahrtkonferenz in Brüssel, Belgien, offiziell für Nutzer*innen freigegeben.

„Galileo steht nicht still“, erklärt Javier Benedicto, ESA-Direktor für Navigation. „Dieser neue High Accuracy Service bietet allen, die ihn benötigen, eine neue Dimension an Präzision, während der bereits verfügbare Open Service Navigation Message Authentication den Nutzer*innen die Authentifizierung von Galileo-Signalen ermöglicht, um das Spoofingrisiko zu minimieren. Und eine im vergangenen Jahr eingeführte verbesserte Integritätsmeldung des Signals verkürzt die Zeit bis zur ersten Korrektur und erhöht die allgemeine Robustheit von Galileo.

„Es ist die Aufgabe der ESA, solche grundlegenden Verbesserungen des Galileosystems in Zusammenarbeit mit dem Galileo-Dienstleister EUSPA, der EU-Agentur für das Weltraumprogramm, und dem Eigentümer, der Europäischen Union, zu beaufsichtigen. Weitere Serviceverbesserungen werden mit dem Start der verbleibenden Galileo-Satelliten und später in diesem Jahrzehnt mit Galileo Second Generation folgen.“

Die neue HAS-Korrekturmeldung ist in das „E6“-Band des Galileo-Signals integriert, das in der Regel nicht über Smartphones und andere handelsübliche Produkte zugänglich ist, sondern nur über Hochleistungsempfänger. Diese Meldung wird jedoch auch über das Internet zur Verfügung gestellt, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, dass sie von angeschlossenen Geräten in größerem Umfang übernommen wird und sich in den kommenden Jahren zum Open Service Standard entwickelt.

Bereits jetzt das Beste der Welt

Das europäische Galileosystem, das bisher aus einer Konstellation von 28 Satelliten und einem weltweiten Bodensegment besteht, ist bereits der präziseste Satellitennavigationsdienst der Welt und bietet mit seinem Open Service eine Genauigkeit im Metermaßstab. Die Europäische Union und die ESA sind bei der Entwicklung von Galileo eine Partnerschaft eingegangen, wobei die ESA als technische Behörde fungiert. In diesem Jahr feiert die Agentur das 30-jährige Jubiläum ihrer ersten Satellitennavigationsforschung.

Mit diesem neuen Galileo-Dienst zielt EUSPA auf aktuelle Hochpräzisionsanwendungen wie Präzisionslandwirtschaft, Rohstoffsuche, Landvermessung und hydrografische Vermessung sowie auf aufstrebende Sektoren wie Robotik, autonomes Fahren von Autos, Zügen, Schiffen und Drohnen sowie Augmented-Reality-Spiele und Marketing – und sogar Formationsflüge von Satelliten.

„Mit diesem neuen High Accuracy Service wird Galileo zur ersten Konstellation, die einen hochgenauen Dienst weltweit und direkt über das Signal im Weltraum und über das Internet anbieten kann“, erklärt Rodrigo da Costa, Geschäftsführer der EUSPA. „Diese neue Funktion von Galileo wird die Innovation in vielen nachgelagerten Bereichen fördern.“

Galileo weiter auf Kurs halten

Das Grundprinzip hinter Galileo ist einfach. Die Satelliten im Weltraum senden Signale mit einer hochpräzisen Zeitmessung, die bis auf wenige Milliardstel Sekunden genau ist. Ein Empfänger empfängt die Signale von vier (oder mehr) Galileo-Satelliten und misst die Zeit, die jedes Signal für den Empfang benötigt. Anschließend rechnet er diese Zeitwerte in Entfernungen um, wobei er die Zahlen mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert. Der Empfänger gleicht dann die Entfernungen aller Satelliten ab, um seine Position auf (oder über) der Erdoberfläche zu ermitteln.

Aber in der Praxis unterliegen sowohl die Umlaufbahnen der Satelliten selbst als auch die an Bord befindlichen Atomuhren, die die Zeit für die Signale bestimmen, einer Abweichung. Und die Signale können aufgrund von Interferenzen durch die Ionosphäre – einem elektrisch aktiven Segment der Erdatmosphäre – unterschiedlich stark verzögert werden.

Damit das System auf Kurs bleibt, überwacht ein globales Netzwerk von Galileo-Sensorstationen kontinuierlich die Satelliten und ihre Signale. Ihre Daten werden zur Erstellung einer Reihe von Korrekturen verwendet, die dann etwa alle 100 Minuten an die Galileo-Satelliten weitergeleitet werden, um sie in ihre Navigationssignale einzubinden. 

Stellen Sie sich Galileo als eine einzige Uhr mit planetarischer Skala vor, die so genau ist, dass sie alle sich im Laufe der Zeit ansammelnden Fehler identifiziert und hervorhebt.

Schnellere Korrekturen für mehr Präzision

Das neue HAS verbessert diese Leistung noch durch den Einsatz eines hochgenauen Datengenerators, der zusätzliche Korrekturen für Galileo sowie für die US-GPS-Satelliten generiert. Diese Korrekturen werden dann in Echtzeit über das Galileo-Satellitensignal an kompatible Empfänger weitergeleitet – und zwar in einer einzigen Nachricht mit 448 Bits pro Sekunde, was eine einzigartige Fähigkeit der sorgfältig ausgearbeiteten Galileo-Signalform ist. 

„Im Vergleich zum Galileo Open Service werden die Korrekturen sehr schnell und sehr häufig zur Verfügung bereitgestellt – mit einer Aktualisierung für die Satellitenbahnen alle 30 Sekunden und für die Satellitenuhren alle 10 Sekunden“, erklärt Daniel Blonksi, Ingenieur für die Systemleistung von Galileo bei der ESA. „Und die HAS-Korrekturnachricht ist derart ausgelegt, dass geeignete Empfänger von mehreren Satelliten, die sie senden, profitieren können, um die Gesamtnachricht sehr schnell zu rekonstruieren.“

Der neue hochpräzise Service ist in zwei Leistungsstufen vorgesehen. Die bereits verfügbare Servicestufe 1 korrigiert Satellitenbahn- und Taktfehler sowie interne Signalverzerrungen, die für jeden Satelliten in der Konstellation einzigartig sind. Sobald diese bekannt sind, kann durch direkte Vergleiche der Signalphasen eine noch höhere Präzision erzielt werden. 

Die für die europaweite Einführung vorgesehene Servicestufe 2 wird diese mit zusätzlichen ionosphärischen Korrekturen vereinen, die durch den Einsatz zusätzlicher Bodenstationen ermöglicht werden, wofür die ESA derzeit die erforderlichen Verbesserungen der Infrastruktur vorbereitet.

Über Galileo

Galileo ist derzeit das präziseste Satellitennavigationssystem der Welt, das von mehr als drei Milliarden Nutzer*innen rund um den Globus verwendet wird.

Die Phase der vollen Betriebsfähigkeit des Galileo-Programms wird von der Europäischen Union verwaltet und finanziert. Die Europäische Kommission, die ESA und die EUSPA (die EU-Agentur für das Raumfahrtprogramm) haben eine Vereinbarung unterzeichnet, nach der die ESA als Entwurfsbehörde und Hauptauftragnehmer für die Systementwicklung im Auftrag der Kommission und die EUSPA als Betreiber und Betriebsleiter von Galileo/EGNOS fungiert. „Galileo“ ist als Marke in der Datenbank des Amtes der Europäischen Union für geistiges Eigentum eingetragen (Nr. 002742237).