EGNOS

European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) ist ein europäisches Differential Global Positioning System (DGPS) als Erweiterungssystem zur Satellitennavigation. Es steigert die Positionsgenauigkeit der Systeme GPS und GLONASS von 10 bis 20 Meter auf 1 bis 3 Meter und ist zu den amerikanischen und japanischen Systemen WAAS und MSAS, die ihre Korrekturdaten ebenfalls über Satelliten verteilen (Satellite Based Augmentation System, SBAS), funktionell und protokollmäßig voll kompatibel.

NAVSTAR-Satellit der zweiten Generation

Neben Daten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit informiert EGNOS auch über die Integrität der GPS-Systeme: Innerhalb von 6 Sekunden erfahren die Nutzer, wenn die Positionierungssysteme falsche Daten ausstrahlen oder der Empfang stark gestört ist (Schwellen: 20 m horizontal, 40 m vertikal). Dies ist vor allem bei Einsatz von GPS im Flugverkehr wichtig.

Das System befindet sich im Übergang vom Test- zum Regelbetrieb. Neben dem seit 2006 ausgestrahlten regulären EGNOS-Signal ist einer der Satelliten noch dem EGNOS System Test Bed (ESTB) zugeordnet. Die Freigabe für Safety of Life-Anwendungen ist für 2010 angekündigt – dann soll das Signal für die Systemintegrität zertifiziert sein.

Hintergrund

Nachdem die künstlichen Phasenschwankungen des zivil nutzbaren C/A-Codes von GPS (Selective Availability) im Mai 2000 abgeschaltet wurden, sind Laufzeiteffekte in der Ionosphäre die größten verbleibenden Fehlerquellen. Die Geschwindigkeit der Funksignale der GPS-Satelliten beim Passieren der Ionosphäre ist abhängig vom Ionisationsgrad. Deshalb hängt die Laufzeit nicht nur von der Entfernung zum Satelliten, sondern auch vom Ionosphärenzustand ab. Dieser Effekt könnte durch Vergleich der Laufzeiten auf den L1/L2-Sendefrequenzen korrigiert werden, jedoch empfangen zivile Navigationsgeräte im Regelfall nur auf der L1-Frequenz. Herkömmliches differenzielles GPS basierend auf einer einzelnen Referenzstation mit bekannter Position erlaubt zwar eine hochgenaue Korrektur, aber nur in geringer Entfernung von dieser Station. Die tomografische Verknüpfung der von vielen Referenzstationen beobachteten Laufzeiten führt zu einer interpolierenden Karte der Elektronendichte der Ionosphäre, die den Empfängern im gesamten von den Referenzstationen abgedeckten Bereich eine grobe Korrektur erlaubt.

DGPS-Referenzantenne

Ermittlung und Verteilung der Korrekturdaten

Zurzeit 34, später 41 Referenzstationen (Ranging and Integrity Monitoring Station, RIMS) in Europa und Nordafrika^[1][2] empfangen die Positionssignale von GPS und GLONASS, später auch von Galileo. Da die Stationen typischerweise viel weiter voneinander entfernt sind als die Ionosphäre hoch ist, müssen sie, um die Ionosphäre flächendeckend zu erfassen, die Satelliten bis dicht über dem Horizont empfangen. Um dabei störenden Mehrwegempfang durch Reflexionen am Boden zu unterdrücken, werden spezielle Choke-Ring-Antennen verwendet^[3][4].

Aus den Daten der RIMS berechnen die Kontrollzentren (Master Control Center, MCC) sowohl Korrekturen der Satellitenpositionen als auch aktuelle Karten der Elektronendichte der Ionosphäre zur Korrektur der Laufzeiten der Signale. Aus Redundanzgründen gibt es nicht nur ein, sondern vier MCC, die eigenständig die Kontrolle von EGNOS übernehmen können.

Up-Link-Stationen (Navigation Land Earth Station, NLES) senden diese Korrekturdaten zur flächendeckenden Verteilung (und kostenlosen Nutzung) an die unten aufgelisteten geostationären Nachrichtensatelliten. Jeder Satellit erfordert eine NLES. Zur besseren Ausfallsicherheit ist jeweils eine weitere NLES vorgesehen.

Damit einfache GPS-Empfänger keine weitere Empfangseinheit benötigen, versenden die geostationären Satelliten die Daten auf der L1-Frequenz der GPS-Satelliten. Zur Trennung mittels CDMA werden (C/A-Codes) oberhalb von 32 verwendet, reguläre GPS-Satelliten benutzen den Kennungsbereich von 1 bis 32. Folgende Satelliten tragen EGNOS-Transponder:

Inmarsat AOR-E (PRN 120; ID 33); Position 15,5°W - Atlantik

ARTEMIS (PRN 124; ID 37); Position 21,5°E - Afrika

Inmarsat IOR-W (PRN 126; ID 39; zurzeit Testsystem); Position 25,0°E - Afrika

Inmarsat-3 Satellit

Da die geostationären Satelliten in Europa allerdings nicht hoch am Himmel stehen und deshalb vor allem für mobile Nutzer in Städten schlecht zu empfangen sind, werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt.^[5]

Alle versendeten Datensätze werden archiviert und sind frei per FTP verfügbar^[6]. Das erlaubt die nachträgliche Korrektur von GPS-Positionen (falls GPS-Rohdaten aufgezeichnet wurden) und erleichtert die Anwendungsentwicklung.

Die auf diese Weise kostenlos verteilten Korrekturdaten haben eine nur geringe Datenrate. Die sehr viel umfangreicheren Rohdaten aller RIMS sind kostenpflichtig über einen Zugangspunkt erhältlich (EGNOS Data Access Service, EDAS).^[7] Sie erlauben eine genauere Korrektur, insbesondere in den Umgebungen der RIMS, und haben eine garantierte Verfügbarkeit.

Anwendung

Garmin Oregon 400t mit aktivem EGNOS-Empfang

Viele GPS-Empfänger unterstützen bereits den Empfang der EGNOS-Daten, müssen dazu allerdings konfiguriert werden. Das Bild rechts zeigt den Bildschirm eines GPS-Empfängers. Zusätzlich zur normalen Darstellung tragen die meisten grünen Balken für die Kennzeichnung der Signalqualität den Zusatz „D“ (für DGPS). Dies ist der Hinweis auf die verbesserte Signalgüte durch EGNOS. Der empfangene EGNOS-Satellit wird ebenfalls angezeigt. Es ist der Inmarsat-Satellit westlich von Deutschland mit der Kennung 33. Durch die EGNOS-Korrektur liegt der Positionsfehler deutlich unter 10 Meter.

Betreiber

EGNOS ist ein gemeinsames Projekt der ESA, der EU und der europäischen Flugsicherung Eurocontrol, die gemeinsam als European Tripartite Group (ETP) das Projekt vorbereiteten. Es gilt als Einstieg der Europäer in die Satellitennavigation und als Vorstufe zum europäischen Satellitennavigationssystem Galileo. Verantwortlich für Design und Entwicklung ist die ESA. Die Interessengruppe^[8] European Satellite Service Provider (ESSP) wird EGNOS betreiben und vermarkten.

Literatur

• Javier Ventura-Traveset, Didier Flament (Hrsg.): EGNOS: The European Geostationary Navigation Overlay System – A cornerstone of Galileo. ESA Publications Division, Noordwijk 2006, ISBN 92-9092-453-5

Weblinks

• Private Webseite zu EGNOS und GPS (Stand 2007)
• EGNOS Infoseiten der ESA (engl., technische Details auf dem Stand von 2006, plus Hochglanz-Newsletter)
• EGNOS User Support (engl., Stand 2006, plus aktuelle Verfügbarkeit und Betriebsmodus)

Einzelnachweise

1. ↑ EGNOS Data Access Service (EDAS) Help-Desk
2. ↑ Vereinbarung über eine RIMS in Ägypten
3. ↑ Theorie der Choke-Ring-Antenne
4. ↑ Modifikation für breitbandigen Empfang (Satelliten mehrerer Systeme)
5. ↑ SISNet
6. ↑ EGNOS Message Server
7. ↑ EDAS Details
8. ↑ Selbstdarstellung des zukünftigen Betreibers ESSP

satellitengestützte Navigationsysteme

Globale Systeme   Historisch:  Tsikada Russia · Transit the United States   Im Betrieb: GLONASS Russia · GPS the United States   Im Aufbau:  Compass the People's Republic of China · Galileo Europe

Regionale Systeme oder regionale Ergänzungssysteme   In Planung:  IRNSS India · QZSS Japan

Unterstützende satellitenbasierte Systeme (SBAS)   Im Betrieb: MSAS Japan · WAAS the United States   Im Aufbau: EGNOS Europe · GAGAN India