European Geostationary Navigation Overlay Service

Logo von EGNOS

European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) ist ein europäisches Differential Global Positioning System (DGPS) als Erweiterungssystem zur Satellitennavigation. Es steigert regional begrenzt auf Europa die Positionsgenauigkeit von GPS von 10 bis 20 Metern auf 1 bis 3 Meter und ist zu dem amerikanischen WAAS, dem japanischen MSAS und dem indischen GAGAN, die ihre Korrekturdaten ebenfalls über Satelliten verteilen (Satellite Based Augmentation System, SBAS), funktionell und protokollmäßig voll kompatibel. Der Empfang von EGNOS setzt eine freie Sicht etwa nach Süden voraus. 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 seit 1. Oktober 2009 im offiziellen Betrieb.^[1] 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 war für 2010 angekündigt. Im Juli 2010 wurde das Signal für die Systemintegrität zertifiziert, die Live-Schaltung scheiterte jedoch zunächst (Anfang August) an einem Software-Fehler.^[2] Seit Dezember 2010 wird dieses Signal nun gesendet und darf seitens des Anbieters seit dem 2. März 2011 benutzt werden.^[3] Am 15. Dezember 2011 gab das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) für Deutschland seine Zustimmung.^[4]

Am 20. November 2013 hat das Europäische Parlament die weitere Finanzierung von EGNOS und des Satellitennavigationssystems Galileo in Höhe von 7 Milliarden Euro für den Zeitraum 2014–2020 genehmigt.^[5]

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.

Ermittlung und Verteilung der Korrekturdaten

Karte der EGNOS Bodenstationen

EGNOS RIMS Station BRN (Berlin)

Zurzeit 34, später 41 Referenzstationen (Ranging and Integrity Monitoring Station, RIMS) in Europa, Nordafrika und dem Nahen Osten^[6] 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.^[7][8]

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. Es gibt nicht nur ein, sondern vier redundante 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.

Inmarsat-3-Satellit

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 ab PRN 120 verwendet, reguläre GPS-Satelliten benutzen den Kennungsbereich von 1 bis 32.

Folgende Satelliten tragen EGNOS-Transponder (Stand 14. März 2017):^[9]

Planmäßig wird im vierten Quartal 2017 der Transponder PRN 136 (SES-5) wieder in den Regelbetrieb übergehen und den Transponder PRN 120 (Inmarsat-3F2, AOR-E) ersetzen.^[10]

In der Vergangenheit wurde auch ein Signal über die Satelliten ARTEMIS (PRN 124; ID 37) und Inmarsat IND-W (PRN 126; ID 39) gesendet.

Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit sollten bei Vermessungs- oder Navigationsarbeiten Wege so gewählt werden, dass am Startpunkt für längere Zeit Sichtverbindung zu mindestens einem EGNOS-Transponder besteht und Gebiete mit vollständiger Abschattung gemieden oder zügig durchquert werden. Zum Auffinden geostationärer Satelliten an einem bestimmten Standort gibt es im Internet eine Reihe von Angeboten. Beispielhaft sind in der folgenden Tabelle die scheinbaren Höhen der EGNOS-Satelliten für die Standorte Sylt (Schleswig-Holstein, D), Bodensee (D, AT, CH), Lugano (Tessin, CH) und Wien (AT) angegeben:

Da die geostationären Satelliten in Europa nicht hoch am Himmel stehen und deshalb vor allem für mobile Nutzer in Städten ihre Signale schlecht zu empfangen sind, werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt.^[11]

Alle versendeten Datensätze werden archiviert und sind frei per FTP verfügbar.^[12] Das erlaubt die nachträgliche Korrektur (Postprocessing) 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.^[13] Sie erlauben eine genauere Korrektur, insbesondere in den Umgebungen der RIMS, und haben eine garantierte Verfügbarkeit.

Anwendung

Viele GPS-Empfänger unterstützen den Empfang der EGNOS-Daten. Durch die EGNOS-Korrektur liegt der Positionsfehler deutlich unter zehn Metern.

Als Designspezifikation liegt dem zu Grunde, dass sich 99 % der bestimmten Positionen innerhalb eines Kreises mit 40 Metern Radius um die wahre Position befinden. Falls diese Genauigkeit auf Grund von Systemanomalien nicht mehr garantiert werden kann, erfolgt innerhalb von sechs Sekunden eine Warnung.^[14]

Administration

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 Firma^[15] European Satellite Service Provider SAS (ESSP) mit Sitz in Toulouse (Frankreich) betreibt und vermarktet EGNOS im Auftrag der EU.

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

• offizielle EGNOS Portalseite der EU
• 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., plus aktuelle Verfügbarkeit und Betriebsmodus)
• / Navipedia der ESA

Einzelnachweise