Untersuchungen zur Nutzung von EGNOS und GPS
©2004
Diplomarbeit
64 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Mitte der siebziger Jahre begann die Entwicklung von Satellitennavigationssystemen. Insbesondere hat sich das NAVSTAR GPS (NAVigation System with Timing and Ranging Global Positioning System) des amerikanischen Department of Defense (DOD) etabliert und findet in vielen Bereichen Anwendung. Auch heute noch öffnet es neue Möglichkeiten der Nutzung, und längst ist das ursprünglich für das Militär gedachte System auch im zivilen Umfeld nicht mehr wegzudenken. GPS hat sich im Laufe der Jahre zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt, und in der Geodäsie ist die Navigation als auch die Positionsbestimmung mit Satellitennavigationssystemen fester Bestandteil der praktischen Arbeit. So werden in der Landvermessung über große Entfernungen wirtschaftlich und hoch genau Positionen bestimmt. Zur Navigation wird GPS im Automobil-, Flugzeug- und Schiffsverkehr genutzt.
Neben den USA hat die damalige UDSSR das sogenannte GLONASS (GLObalnaya Navigatsionannaya Sputnikovaya Sistema) entwickelt. Aufgrund der eingetretenen politischen Veränderungen und bedingt durch finanzielle Schwierigkeiten spielt GLONASS heute nur eine untergeordnete Rolle.
Zur Positionsbestimmung werden die Satellitensignale ausgewertet, wobei grundsätzlich zwei Arten von Signalen unterschieden werden [vgl. hierzu Seeber (1989), Abschnitt. 7.1.4], nämlich das Codesignal (1-1a) und das Phasensignal . (1-1b).
Vom Prinzip her liefert die Auswertung der Signale die Entfernungen zwischen Satelliten und Empfänger, die so genannte Pseudoentfernungen. Diese Pseudoentfernungen sind kein geradliniger Abstände, da die Signale (1-1) auf ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger verschiedenen Einflüssen unterworfen sind. Nach Wanninger (1994) wird nachstehender Fehlerhaushalt aufgestellt, wobei mit den numerischen Beträgen der Einfluss auf die Pseudodistanz angegeben ist. - Satellitenbahn: 10 100m (1-2a).
- Satellitenuhr: 10 100m (1-2b).
- Ionosphäre: 2 100m (1-2c).
- Troposphäre: 0,1 1m (1-2d).
- Mehrwegeeffekte: mehrere Meter (1-2e).
- Phasenzentrum der Antenne: = 0,02m (1-2f).
- Empfängerrauschen: 1 3m . (1-2g).
Durch die genannten Fehler (1-2) wird die Position etwa um den Faktor zwei bis vier verschlechtert. Zur Verringerung bzw. Elimination der Fehler (1-2a-d) werden insbesondere folgende Verfahren angwand:
- DGPS (Differenzielles GPS): Es werden Pseudostreckenkorrekturen für eine Referenzstation berechnet und dem Nutzer direkt zur Verfügung gestellt. Die […]
Mitte der siebziger Jahre begann die Entwicklung von Satellitennavigationssystemen. Insbesondere hat sich das NAVSTAR GPS (NAVigation System with Timing and Ranging Global Positioning System) des amerikanischen Department of Defense (DOD) etabliert und findet in vielen Bereichen Anwendung. Auch heute noch öffnet es neue Möglichkeiten der Nutzung, und längst ist das ursprünglich für das Militär gedachte System auch im zivilen Umfeld nicht mehr wegzudenken. GPS hat sich im Laufe der Jahre zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt, und in der Geodäsie ist die Navigation als auch die Positionsbestimmung mit Satellitennavigationssystemen fester Bestandteil der praktischen Arbeit. So werden in der Landvermessung über große Entfernungen wirtschaftlich und hoch genau Positionen bestimmt. Zur Navigation wird GPS im Automobil-, Flugzeug- und Schiffsverkehr genutzt.
Neben den USA hat die damalige UDSSR das sogenannte GLONASS (GLObalnaya Navigatsionannaya Sputnikovaya Sistema) entwickelt. Aufgrund der eingetretenen politischen Veränderungen und bedingt durch finanzielle Schwierigkeiten spielt GLONASS heute nur eine untergeordnete Rolle.
Zur Positionsbestimmung werden die Satellitensignale ausgewertet, wobei grundsätzlich zwei Arten von Signalen unterschieden werden [vgl. hierzu Seeber (1989), Abschnitt. 7.1.4], nämlich das Codesignal (1-1a) und das Phasensignal . (1-1b).
Vom Prinzip her liefert die Auswertung der Signale die Entfernungen zwischen Satelliten und Empfänger, die so genannte Pseudoentfernungen. Diese Pseudoentfernungen sind kein geradliniger Abstände, da die Signale (1-1) auf ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger verschiedenen Einflüssen unterworfen sind. Nach Wanninger (1994) wird nachstehender Fehlerhaushalt aufgestellt, wobei mit den numerischen Beträgen der Einfluss auf die Pseudodistanz angegeben ist. - Satellitenbahn: 10 100m (1-2a).
- Satellitenuhr: 10 100m (1-2b).
- Ionosphäre: 2 100m (1-2c).
- Troposphäre: 0,1 1m (1-2d).
- Mehrwegeeffekte: mehrere Meter (1-2e).
- Phasenzentrum der Antenne: = 0,02m (1-2f).
- Empfängerrauschen: 1 3m . (1-2g).
Durch die genannten Fehler (1-2) wird die Position etwa um den Faktor zwei bis vier verschlechtert. Zur Verringerung bzw. Elimination der Fehler (1-2a-d) werden insbesondere folgende Verfahren angwand:
- DGPS (Differenzielles GPS): Es werden Pseudostreckenkorrekturen für eine Referenzstation berechnet und dem Nutzer direkt zur Verfügung gestellt. Die […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 8286
Müller, Dominik: Untersuchungen zur Nutzung von EGNOS und GPS
Hamburg: Diplomica GmbH, 2004
Zugl.: Fachhochschule Mainz, Diplomarbeit, 2004
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Printed in Germany
- 4 -
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
8
1.1.
Vorbemerkungen
8
2.
EGNOS
12
2.1. Allgemeines zu EGNOS
12
2.2.
Systemaufbau
12
2.2.1. Weltraum-Segment
12
2.2.2. Kontroll-Segment
14
2.2.3. User-Segment
14
2.3. Funktionsweise von EGNOS
15
3.
Festpunktfeld für die EGNOS Tests
22
3.1.
Übersichtsplan
der
Festpunkte
23
3.2. Auswertung der Festpunktbestimmung
24
3.3. Ergebnisse der Festpunktbestimmung
24
4.
EGNOS in Echtzeitanwendungen
26
4.1.
Messungsaufbau 26
4.2. Sekundenmessungen EGNOS und GPS
28
4.3. 30-Sekundenmessungen EGNOS und GPS
36
4.4.
2-Minutenmessung
EGNOS
41
4.5.
6-Minutenmessung
EGNOS
43
4.6.
Ergebnisse
Echtzeitmessungen 45
5.
EGNOS im Postprocessing
46
5.1.
Auswerteverfahren
47
5.2.
GPS
SPP-Lösung
49
5.3.
GPS
ESTB-Lösungen
51
5.4. Zusammenfassung ESTB-Postprocessing Auswertung
56
5.5.
Vergleich
ESTB-/EGNOS-Lösung
57
- 5 -
6.
Fazit
59
6.1.
Qualität
von
EGNOS
59
6.2. Zukunft des EGNOS Systems
61
Literatur
/
Quellenverzeichnis
63
Lebenslauf
/
Dank
64
- 6 -
Abbildungsverzeichnis
1.1: Nutzungsbereich von Satelliten gestützten Erweiterungssystemen 10
2.1: Position der geostationären Satelliten mit Abdeckungsbereich
13
2.2: Signalaufbau für den EGNOS Datencode
16
2.3: Signalausbreitung durch die Atmosphäre
18
2.4: Skizze Anwendung Iono-Korrekturgitter
18
2.5:
Normale
Ionosphärentätigkeit
19
2.6: Ionosphärentätigkeit beim Sonnensturm am 28.10.2003
20
3.1: Übersichtsplan Festpunkte in der Mercator Kaserne
23
Sekundenmessungen EGNOS und GPS
4.1: Lageabweichung (4-1a), Maßstab 1:30
28
4.2: Abweichung vom Koordinatenmittel für (4-1a)
28
4.3: Lageabweichung (4-1b), Maßstab 1:60
29
4.4: Abweichung vom wahren Rechtswert für (4-1b)
30
4.5: Abweichung vom wahren Hochwert für (4-1b)
30
4.6: Abweichung vom Koordinatenmittel für (4-1b)
31
4.7: Lageabweichung (4-1c) Maßstab 1:60
32
4.8: Abweichung vom wahren Rechtswert für (4-1c)
32
4.9: Abweichung vom wahren Hochwert für (4-1c)
33
4.10:
Höhenabweichung
(4-1a)
34
4.11:
Höhenabweichung
(4-1b)
35
4.12:
Höhenabweichung
(4-1c)
35
30-Sekundenmessungen EGNOS und GPS
4.13: Lageabweichung (4-1d), Maßstab 1:30, alle Messungen
36
4.14: Lageabweichung (4-1e), Maßstab 1:30, alle Messungen
37
4.15: Lageabweichung (4-1d), Maßstab 1:30, Morgens
38
4.16: Lageabweichung (4-1d), Maßstab 1:30, vormittags
39
4.17: Lageabweichung (4-1d), Maßstab 1:30, nachmittags
39
4.18: Höhenabweichung (4-1d), alle Messungen
40
4.19: Höhenabweichung (4-1e), alle Messungen
40
- 7 -
2-Minutenmessung EGNOS
4.20: Lageabweichung (4-1f), Maßstab 1:30, alle Messungen
41
4.21: Höhenabweichung (4-1f), alle Messungen
42
6-Minutenmessung EGNOS
4.22: Lageabweichung (4-1g), Maßstab 1:30, alle Messungen
43
4.23: Höhenabweichung (4-1g), alle Messungen
44
Auswertung ESTB-Daten
5.1: Lageabweichung (5-1a), Maßstab 1:120
49
5.2:
Höhenabweichung
(5-1a)
50
5.3: Lageabweichung (5-1b), Maßstab 1:120
51
5.4:
Höhenabweichung
(5-1b)
52
5.5: Lageabweichung (5-1c), Maßstab 1:120
53
5.6:
Höhenabweichung
(5-1c)
54
5.7: Lageabweichung (5-1d), Maßstab 1:30
55
5.8:
Höhenabweichung
(5-1d)
56
Auswertung EGNOS-Daten
5.9: Lageabweichung (5-1e), Maßstab 1:30
57
5.10:
Höhenabweichung
(5-1e)
58
- 8 -
Kapitel 1
Einleitung
1.1 Vorbemerkungen
Mitte der siebziger Jahre begann die Entwicklung von
Satellitennavigationssystemen. Insbesondere hat sich das NAVSTAR GPS
(NAVigation System with Timing and Ranging Global Positioning System) des
amerikanischen ,,Department of Defense" (DOD) etabliert und findet in vielen
Bereichen Anwendung. Auch heute noch öffnet es neue Möglichkeiten der
Nutzung, und längst ist das ursprünglich für das Militär gedachte System auch
im zivilen Umfeld nicht mehr wegzudenken. GPS hat sich im Laufe der Jahre zu
einer Schlüsseltechnologie entwickelt, und in der Geodäsie ist die Navigation
als auch die Positionsbestimmung mit Satellitennavigationssystemen fester
Bestandteil der praktischen Arbeit. So werden in der Landvermessung über
große Entfernungen wirtschaftlich und hoch genau Positionen bestimmt. Zur
Navigation wird GPS im Automobil-, Flugzeug- und Schiffsverkehr genutzt.
Neben den USA hat die damalige UDSSR das sogenannte GLONASS
(GLObal`naya Navigatsionannaya Sputnikovaya Sistema) entwickelt. Aufgrund
der eingetretenen politischen Veränderungen und bedingt durch finanzielle
Schwierigkeiten spielt GLONASS heute nur eine untergeordnete Rolle.
Zur Positionsbestimmung werden die Satellitensignale ausgewertet, wobei
grundsätzlich zwei Arten von Signalen unterschieden werden [vgl. hierzu
Seeber (1989), Abschnitt. 7.1.4], nämlich
das Codesignal
(1-1a)
das Phasensignal .
(1-1b)
Vom Prinzip her liefert die Auswertung der Signale die Entfernungen zwischen
Satelliten und Empfänger, die so genannte Pseudoentfernungen. Diese
Pseudoentfernungen sind kein geradliniger Abstände, da die Signale (1-1) auf
ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger verschiedenen Einflüssen
unterworfen sind. Nach Wanninger (1994) wird nachstehender Fehlerhaushalt
aufgestellt, wobei mit den numerischen Beträgen der Einfluss auf die
Pseudodistanz angegeben ist.
- 9 -
Satellitenbahn:
10 100m
(1-2a)
Satellitenuhr:
10
100m
(1-2b)
Ionosphäre:
2
100m
(1-2c)
Troposphäre:
0,1
1m
(1-2d)
Mehrwegeeffekte:
mehrere
Meter (1-2e)
Phasenzentrum der Antenne:
0,02m (1-2f)
Empfängerrauschen:
1 3m .
(1-2g)
Durch die genannten Fehler (1-2) wird die Position etwa um den Faktor zwei bis
vier verschlechtert. Zur Verringerung bzw. Elimination der Fehler (1-2a-d)
werden insbesondere die Verfahren
·
DGPS (Differenzielles GPS)
Es werden Pseudostreckenkorrekturen für eine Referenzstation
berechnet und dem Nutzer direkt zur Verfügung gestellt. Die
erreichbaren Genauigkeit liegen im Meterbereich.
·
PDGPS (Präzises Differenzielles GPS) als Einzelstationslösung
Es werden Rohdaten (Code- und Trägerphasenbeobachtungen) von
einer Referenzstation zum Rover gesendet und der Rover wertet diese
Daten als Basislinie in Echtzeit aus. Hierbei werden cm-Genauigkeiten
und besser erreicht. Der Nutzungsbereich sollte einen Abstand von 10
km zur Referenzstation nicht überschreiten.
·
PDGPS als Netzlösung
Bei diesem Verfahren werden einzelne Referenzstationen zu einem
Netz zusammengefasst und dann für die einzelnen Netzmaschen so
genannte Flächenkorrekturparameter (FKP) bestimmt, die in Echtzeit an
den Rover übertragen werden. Auf diese Art und Weise können die
Fehleranteile (1-2a-d) großräumig verringert werden. Die FKP können
auch dazu verwendet werden, eine Virtuelle Referenzstation (VRS) zu
erzeugen.
angewandt. DGPS liefert allerdings nur eine Genauigkeit im Meterbereich. Das
PDGPS als Einzelstationslösung ist mehr oder minder überholt und wird
lediglich bei autonomen Messungen praktiziert. Das letztgenannte Verfahren,
PDGPS als Netzlösung, hat sich etabliert und wird als Dienstleistung durch
SAPOS (Landesvermessungsverwaltungen der BRD) oder ASCOS (Ruhrgas
AG) bereitgestellt.
Neben SAPOS und ASCOS gibt es alternative Systeme, die Korrekturdaten zur
Verbesserung der Positionsbestimmung übermitteln. Solche Systeme werden
auch als DGPS-Dienste oder als SBAS (Satellite Based Augmentation
Systems, Satellitengestützte Erweiterungssysteme) bezeichnet. Genannt seien
·
Wide Area Augmentation Service (WAAS) der USA für den
nordamerikanischen Raum (vgl. Abbildung 1.1)
- 10 -
·
European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) der
Europäischen Union für Europa (vgl. Abbildung 1.1)
·
Multi-Functional Satellite Augmentation System (MSAS) der Japaner
für den asiatischen Raum (vgl. Abbildung 1.1)
·
Canada Wide Area Augmentation Service (CWAAS) der Kanadier für
Kanada
·
INMARSAT zur weltweiten Nutzung .
Weitere Systeme sind in der Planung, zum Beispiel
·
Quasi Zenith Satellite System (QZSS) der Japaner
·
BEIDOU der Chinesen
·
GAGAN der Inder .
Zusätzlich gibt es noch die beiden privaten Systeme der Firmen Racal SkyFix
und Fugro Omnistar, die weltweit genutzt werden können, aber nicht über eine
so hohe Referenzstationsdichte wie die vorgenannten Systeme verfügen.
Bei der Abdeckung großräumiger Gebiete ist in der Regel nicht die
Referenzstationsdichte gegeben wie bei ASCOS oder SAPOS, so dass auch
die Korrekturparameter entsprechend ungenauer bestimmt sind.
Grundsätzlich arbeiten WAAS, CWAAS, EGNOS, MSAS und INMARSAT nach
dem gleichen Prinzip. Es werden Korrekturwerte aus einem Netz von
Bodenstationen, die in den Koordinaten genau bestimmt sind, berechnet und
diese senden die gewonnenen Parameter über Erdfunkstellen zu
geostationären Satelliten. Von dort werden die Daten zum Nutzer übertragen.
Abb. 1.1: Nutzungsbereich von satellitengestützten Erweiterungssystemen
- 11 -
In dieser Arbeit wird die Nutzung von EGNOS behandelt. Neben der
Darstellung des Aufbaus und der prinzipiellen Funktionsweise dieses modernen
DGPS-Systems wird vor allem die Qualität der Positionsbestimmung und
Navigation mit EGNOS untersucht. Konkret muss also die Richtigkeit der
EGNOS-Korrekturdaten geprüft werden. Zu diesem Zweck wurden mit einem
EGNOS-fähigen Empfänger der Firma LEICA Echtzeitmessungen durchgeführt.
Bei Echtzeitmessungen im single point positioning (SPP) muss davon
ausgegangen werden, dass die Ergebnisse sämtliche Fehlerkomponenten (1-
2a-d) beinhalten. Insofern lassen diese Messungen nur grundsätzliche
Aussagen zu. Da EGNOS auch im Postprocessing verwendet werden kann,
werden hier differenzierte Analysen vorgenommen, so dass eine Einschätzung
der Qualität der einzelnen Korrekturparameter möglich ist.
- 12 -
Kapitel 2
EGNOS
2.1. Allgemeines zu EGNOS
In diesem Kapitel werden die Funktionsweise, der Systemaufbau und der
übliche Anwendungsbereich des Systems EGNOS beschrieben. EGNOS ist ein
Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der
Zivilluftfahrtorganisation (EUROCONTROL), der vorläufigen GALILEO-
Unterstützungsstruktur und der Europäischen Kommission. Dieses Gremium
fasste 1993 den Entschluss, EGNOS als ersten Schritt (GNSS-1) zu einem
eigenen Satellitennavigationssystem, GALILEO, zu entwickeln, das zunächst
auf den Weltraumsegmenten von GPS und GLONASS aufbaut. Wie in Kapitel 1
dargestellt ist EGNOS lediglich ein DGPS-Dienst zur Übermittlung von
Korrekturen für die Einflüsse (1-2a-d).
2.2. Systemaufbau
2.2.1. Weltraum-Segment
Die EGNOS Korrekturdaten beziehen sich derzeit auf GPS und GLONASS. Mit
der Installation von GALILEO, dessen Vorstufe EGNOS darstellt, werden dann
auch für GALILEO Korrekturdaten ausgestrahlt. Als eigentliches
Weltraumsegment von EGNOS bezeichnet man die vier geostationären
Satelliten:
INMARSAT 3 F2 (AOR-E) Atlantic Ocean Region East
(2-1a)
INMARSAT 3 F1 (IOR) Indian Ocean Region
(2-1b)
INMARSAT III-F 5 (IOR-W) Position siehe Artemis
(2-1c)
Artemis
Afrika
(Kongo)
.
(2-1d)
- 13 -
Abb. 2.1: Position der geostationären Satelliten mit Abdeckungsbereich
Den Satelliten (2-1) werden wie auch bei den GPS-Satelliten PNR zugeordnet.
Der Satellit AOR-E steht über Westafrika und besitzt PNR Nr. 120. Artemis
steht über Afrika und ihm ist PNR Nr. 124 zugewiesen. Ebenfalls über Afrika
befindet sich IOR-W, der über die PNR Nr. 126 identifiziert wird. IOR ist über
dem Indischen Ozean positioniert mit der PNR Nr. 131.
Da die Satelliten ein Signal mit der gleichen Frequenz wie die GPS-Satelliten
aussenden, können die geostationären Satelliten auch in die Lösung zur
Positionsbestimmung mit einbezogen werden. Allerdings bewegen sich die
geostationären Satelliten mit ca. 36000 km über der Erde in wesentlich höheren
Bahnen als die GPS-Satelliten mit 20200 km. Aus diesem Grunde werden die
Signale der geostationären Satelliten weniger stark gewichtet als die Signale
der GPS-Satelliten. Maßgeblich aber werden mit diesem Signal die Korrekturen
für die GPS- und GLONASS-Satelliten zum Nutzer gesendet.
In der ESTB-Phase (EGNOS System Test Bed), die seit Februar 2000 läuft,
werden die ESTB-Signale nur über den Satelliten mit der PNR 131 abgestrahlt.
Die anderen drei geostationären Satelliten sind für den EGNOS Normalbetrieb
vorgesehen und senden zur Zeit nur für Testzwecke der ESA. Auch eine
gewisse Zeit nach Beginn des EGNOS Normalbetriebes werden zur
Absicherung, Korrekturdaten im ESTB-Modus ausgesendet, aber später dann
wird der Satellit mit der PNR 131 verschoben und keine EGNOS-ESTB
Korrekturdaten mehr senden. In der ESTB-Phase werden im Gegensatz zum
späteren EGNOS Normalbetrieb keine Integritätsinformationen wie GPS-
Satellitenzustand und Bahnmanöver gesendet. Vom dritten Quartal 2004 an
soll der reguläre EGNOS Betrieb mit den anderen drei geostationären Satelliten
anlaufen. Die Satelliten (2-1) sind geostationär, das heißt, sie stehen über dem
Äquator an immer der gleichen Stelle. Aus diesem Grunde sind die
- 14 -
Elevationswinkel für Europa, besonders im Norden, recht niedrig. Für
Deutschland stehen diese Satelliten grundsätzlich im Süden, z.B. AOR-E in
München ca. 35° über dem Horizont und IOR nur 16° über dem Horizont. Mit
etwas mehr als 35° werden somit die Satelliten Artemis und IOR-W in
Deutschland die günstigste Elevation bieten. Trotzdem wird es in bewaldeten,
hügeligen oder bebauten Gebieten Schwierigkeiten mit dem Empfang von
EGNOS-Korrekturdaten wegen der niedrigen Elevation geben. Denn durch die
örtlichen Gegebenheiten sind die Signale der EGNOS-Satelliten öfters
abgeschirmt und somit können sie vom Nutzer nicht verwendet werden.
Zu beachten ist, dass der Satellit AOR-W mit der PNR 122 nur Korrekturdaten
für das amerikanische WAAS aussendet. Damit sind die Verbesserungen zwar
für den nordamerikanischen Raum, nicht aber für Europa gültig. Somit würden
diese Daten die Positionsbestimmung in Europa verschlechtern. In der Regel
ist dieses Problem unkritisch, da die GPS-Empfänger automatisch die richtigen
Satelliten nutzen. Eine falsche Einstellung z.B. WAAS für Europa liefert zwar
eine Lösung, besitzt allerdings eine schlechte Koordinatenqualität
(Standardabweichung), so dass sich die fehlerhafte Einstellung leicht erkennen
lässt.
2.2.2. Kontroll-Segment
Das EGNOS Kontroll-Segment besteht aus sogenannten RIMS (Ranging and
Integrity Monitor Stations), zwei Hauptrechenzentren, die für die ESTB-Phase
in Frankreich und Norwegen eingerichtet sind und später für den EGNOS
Normalbetrieb durch die MCC (Mission Control Centre) in Deutschland,
Spanien, Italien und Großbritannien ersetzt werden. Außerdem gehören noch
die NLES (Navigation Land Earth Stations) zum Kontroll-Segment.
Während der ESTB-Phase werden 13 RIMS zur Korrekturdatenbestimmung für
Europa benutzt. Für den EGNOS Normalbetrieb werden es später dann 34
RIMS sein.
Die RIMS leiten in der ESTB Phase die Rohdaten zu den zwei
Hauptrechenzentren bzw. später bei EGNOS zu den MCC weiter, die dann die
Korrekturwerte berechnen. Diese Korrekturwerte werden dann zu den NLES
weitergeleitet, die die Daten dann an die geostationären Satelliten senden. Von
den Satelliten werden die Daten dann für den jeweiligen Nutzer zur Verfügung
gestellt. So können innerhalb von 6 Sekunden nach Auftreten von Problemen
mit dem GPS/GLONASS-System die Nutzer darüber informiert werden.
2.2.3. User-Segment
Hauptbetreiber und Nutzer von EGNOS ist die Flugsicherung, da GPS im so
genannten ,,single point positioning (SPP)" für Start und Landung von
Flugzeugen die Position nicht genau genug bestimmen kann. EGNOS soll dazu
beitragen, dass die ILS-Systeme (Instrument Landing Systems), die man heute
zum Landen bei schlechtem Wetter benötigt und die mit immensem finanziellen
Aufwand auf jedem größeren Flughafen installiert werden müssen, nicht mehr
- 15 -
benötigt werden. Allgemein steht EGNOS aber auch anderen Nutzern zur
Verfügung. In der Geodäsie ist es u.a. der GIS-Bereich
(Geoinformationssystem), der von EGNOS profitiert, da Objekte durch EGNOS
mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden können.
Ein weiterer großer Nutzungsbereich ist die Navigation. EGNOS ermöglicht
Fußgängern, Landfahrzeugen und Schiffen eine genauere
Positionsbestimmung. Bedingt durch die geringe Elevation der EGNOS
Satelliten, wird das System seine Vorteile im freien Gebieten wie Flughäfen
oder Gewässer haben. Probleme werden im Gebirge, in Wäldern und in eng
bebauten Gebieten auftreten.
2.3. Funktionsweise von EGNOS
Das EGNOS-Signal ist fast identisch mit dem L1-Signal eines GPS Satelliten.
So wird von den geostationären EGNOS-Satelliten die L1 Trägerfrequenz
identisch zu GPS mit 1575,42 MHz ausgestrahlt. Die L2 Trägerfrequenz wird
von den geostationären EGNOS-Satelliten nicht gesendet. Bei EGNOS befindet
sich auf der L1 Trägerfrequenz allerdings nur der C/A-Code, der P-Code wird
nicht mit aufmoduliert. Der Daten-Code unterscheidet sich von der
Navigationsnachricht der GPS-Satelliten, da dieser bei EGNOS-Signalen die
Korrekturdaten enthält. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Datenübertragung
beim Datencode statt mit 50 bps wie bei GPS bei EGNOS mit 250 bps erfolgt.
Der Datencode ist von der Reihenfolge in den einzelnen Zyklen so aufgebaut
[vgl. hierzu Abbildung 2.3], dass die ersten Pakete im Zyklus die schnell
veränderlichen Korrekturen (Fast Corrections), wie Gesundheitszustand der
Satelliten, Satellitenbahnkorrektur und den momentanen SA Zustand enthalten.
Dies nennt man schnell veränderliche Korrekturen, weil SA von einer auf die
andere Sekunde eingeschaltet werden kann, und auch können eine
Satellitenfehlfunktion oder eine Satellitenbahnkorrektur plötzlich auftreten. Zum
Ende des jeweiligen Datencodezyklus werden die langsam variierenden
Korrektionen (Slow Corrections), wie Bahndaten-, Positionskorrekturen,
Genauigkeit, Geschwindigkeit, Uhren-Korrektion und UTC-offset Parameter
übertragen. In einem weiteren Block werden die ionosphärischen und
troposphärischen Korrekturen übertragen. Des Weiteren werden alle
Informationen, die für die GPS/GLONASS-Satelliten gesendet werden auch für
die geostationären Satelliten mit übertragen. Jede Korrektur ist zu einem
sogenannten ,,Message Typ" zugeordnet bei dem man durch die Zahl erkennen
kann um welche Korrektur es sich handelt [vgl. hierzu RTCA DO-
229C_WAAS_Airborne MOPS].
- 16 -
Abb. 2.2: Signalaufbau für den EGNOS Datencode
Da sich die Korrekturwerte nur auf die L1-Frequenz beziehen, schalten
Zweifrequenzempfänger beim Arbeiten mit EGNOS-Korrekturdaten um und
verarbeiten die L1-Frequenz mit C/A-Code und den EGNOS-Korrekturdaten
und benutzen die L2-Frequenz lediglich zur Trägerphasenglättung.
Zur Bestimmung von Korrekturdaten müssen die Koordinaten der RIMS sehr
exakt, d. h. im Zentimeter-Bereich, gegeben sein. Auf dieser Grundlage können
dann auf den RIMS die tatsächlichen Beobachtungen mit den aus den sehr
genau bestimmten Koordinaten abgeleiteten Entfernungen verglichen werden.
Aus den dabei auftretenden Differenzen werden dann die einzelnen
Komponenten der Korrekturwerte, nämlich Ionosphären-,
Troposphäreneinflüsse, Bahndaten, Uhrenfehler sowie zusätzlich eventuelle
Fehlfunktionen einzelner Satelliten ermittelt. Außerdem ist bei der L1-Lösung
sehr schnell erkennbar, ob die Signalverfälschung SA der Amerikaner wieder
eingeschaltet wurde.
Als Korrekturen ergeben sich schließlich im Einzelnen und in Entsprechung zu
(1-2a,d) [vgl. hierzu AVN (10/2001) Seite 345]
·
Langzeitfehler der Satellitenposition
(2-2a)
·
Kurz- und Langzeitfehler der Satellitenuhren
(2-2b)
·
IONO
Korrekturgitter
(2-2c)
·
Troposphären
Korrekturdaten (2-2d)
sowie
·
Integritätsinformationen
(2-2e)
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2004
- ISBN (eBook)
- 9783832482862
- ISBN (Paperback)
- 9783838682860
- Dateigröße
- 881 KB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Hochschule Mainz – Geoinformatik und Vermessung
- Note
- 1,0
- Schlagworte
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