Lenkungshilfe aus Europa

Seit Ende März ist es beschlossene Sache: Europa bekommt ein eigenes satellitengestütztes Navigationssystem. Galileo wird es heißen und soll nach heutiger Planung seinen Betrieb im Jahr 2008 aufnehmen. Die Funktionsweise dürfte sehr dem amerikanischen Konkurrenten GPS ähneln, auf das sich heute noch alle Navigationsgeräte stützen.

Leicht haben es sich die EU-Länder bei der Einigung, über das seit 1994 geplante Projekt nicht gemacht. Mehr als einmal wurde die Entscheidung über den Startschuss von Galileo in den letzten Jahren verschoben. Galileo-Gegnern war schwer vermittelbar, 3,6 Milliarden Euro für ein Projekt auszugeben, wenn es mit dem vom russischen Militär verwalteten Satellitensystem GLONASS und dem vom Verteidigungsministerium der Amerikaner betriebenen Global Positioning System (GPS) bereits zwei Systeme für die Positionsbestimmung gibt.

Wunsch nach Unabhängigkeit

Gerade deshalb aber wollten die Europäer ein eigenes System zur Positionsbestimmung - zu schwer gewichten sie die Abhängigkeit vom amerikanischen GPS-System, das mittlerweile aus vielen zivilen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie dem Schiffs- und Straßenverkehr kaum wegzudenken ist. Zwar stellt die USA ihr Satellitensignal weltweit und für jedermann kostenlos zur Verfügung. Das US-Verteidigungsministerium behält sich jedoch vor, das Signal in Krisenzeiten, wie jüngst beim Einmarsch amerikanischer Truppen in Afghanistan, für die zivile Nutzung zu verfälschen oder gar ganz abzustellen.

So funktionierts

Das Global Positioning System, besteht aus 21 aktiven und drei Reservesatelliten, die auf einer Umlaufbahn in rund 20.000 Kilometern Höhe zweimal pro Tag die Erde umkreisen. Die Satelliten senden permanent ihre Bahndaten und Uhrzeit aus. Ihre Umlaufbahnen und Positionen sind so arrangiert, dass jeder GPS-Empfänger, bei freier Sicht zum Himmel an jedem Ort der Erde die Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen kann. Durch Messung der Laufzeiten der einzelnen Signale zwischen Satellit und Empfänger lassen sich die aktuellen geographischen Koordinaten des Empfängers errechnen.

Für eine dreidimensionale Ortsbestimmung (Länge, Höhe, Breite) benötigt der Navigationsrechner die Daten von mindestens vier Satelliten, für eine zweidimensionale Ortung (Länge, Breite) muss Sichtkontakt zu mindestens drei Satelliten bestehen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung hängt von der Präzision der Entfernungsmessung zwischen Satellit und Empfänger ab und diese wiederum von der Uhrzeit beziehungsweise Zeitbasis. Die Zeitmessung, bei der die Dauer der Signalreise vom Satelliten zum Empfänger ermittelt wird, setzt voraus, dass die Uhren der künstlichen Himmelskörper und der GPS-Empfänger auf der Erde theoretisch synchron und mit höchster Genauigkeit laufen. Jedoch sind nur die Satelliten mit sehr präzise tickenden Atomuhren ausgestattet. Die GPS-Empfänger haben wegen des technischen Aufwands und der hohen Kosten deutlich weniger genaue Uhren. Um die Zeitabweichung zu kompensieren, nimmt das GPS-System eine Zeitkorrektur vor, die Bestandteil des Messvorganges ist.

Die Kosten für das Global Positioning System, das die Amerikaner zwischen Ende der 70er- und Anfang der 80er-Jahre für militärische Zwecke entwickelten, um damit Marschflugkörper ins Ziel zu bringen, wurden seinerzeit von den Verantwortlichen nur bewilligt, wenn die Signale der Trabanten auch der zivilen Nutzung zur Verfügung gestellt werden. Damit jedoch militärische Gegner, die das Signal natürlich ebenfalls empfangen können, keine allzu präzise Positionsbestimmung vornehmen können, enthielt das GPS-Signal für den kommerziellen Einsatz bis zum ersten Mai 2000 den so genannten S/A-Code (Selective Availability), mit dem die Amerikaner die Zeit- und Bahndaten bewusst verfälschten. Das Verfahren erlaubte bis dato nur eine Lokalisierung von höchstens 100 Metern in vertikaler und 156 Metern in horizontaler Richtung.

Differential-GPS

Da diese Präzision für viele zivile Anwendungen jedoch zu ungenau ist, wenden beispielsweise die Landesvermessungsämter einen Trick an: Man zieht die bekannten präzisen geodätischen Daten einer Referenzstation heran und vergleicht sie mit der Positionsangabe des GPS-Systems. Das unterliegt nicht nur der Verfälschung durch den S/A-Code, sondern auch ionosphärischen und troposphärischen Störungen sowie Spiegelungen, sodass eine Verfeinerung ohnehin ratsam ist. Die so ermittelte Differenz leitet die Station als Korrektursignal an entsprechende DGPS-Empfänger weiter. So ist bei ruhenden Objekten eine Echtzeit-Ortungsgenauigkeit von einem Meter und weniger zu erreichen.

Auch im Straßenverkehr ist das nackte GPS-Signal für die sichere Zielführung nicht genau genug. Hersteller wie Blaupunkt statten daher ihre Navigationsgeräte nicht nur mit einem GPS-Empfänger, sondern auch mit einem elektronischen Kompass (Gyroskop) aus, der den Rechner des Navigationssystems zusätzlich mit den Daten über die Drehbewegung des Fahrzeugs füttert. Als weiterer Parameter für das Fein-Tuning der Lokalisierung dient das Tachosignal, das bei modernen Fahrzeugen über einen Speedpulse abgegriffen wird. Alle Daten gleicht der Navigator permanent mit der digitalen Straßenkarte des Systems, sprich dem tatsächlichen Straßenverlauf ab. Diese Art der Koppelnavigation erlaubt auch im Stadtverkehr bei dichten Straßennetzen eine sichere Zielführung.

Auswirkungen auf die Wirtschaft

Jedoch nicht nur die eingeschränkte Zuverlässigkeit des GPS-Systems und die Abhängigkeit von den Amerikanern hat bei den Europäern den Wunsch nach Galileo geweckt. Auch wirtschaftliche Argumente sprechen für das europäische Satellitenprojekt. Denn hochminiaturisierte Chipsätze, die GPS-Empfänger mittlerweile auf die Größe einer Briefmarke schrumpfen ließen und ein ständiger Preisverfall der Empfänger haben den Anwendungsbereich der satellitengestützten Positionsermittlung ständig erweitert. In den letzten Jahren hat sich daher ein überaus bedeutender Wirtschaftszweig entwickelt. Mit einem eigenen System erhofft sich Europa daher auch positive wirtschaftliche Auswirkungen.

Und so zeigt die Abschaltung des S/A Codes, die eigentlich erst für das Jahr 2006 geplant war, und von Bill Clinton auf den 1. Mai 2000 vorgezogen wurde, dass in diesem Bereich der Wettbewerb zwischen Amerika und Europa längst begonnen hat. Lag doch der Termin für die Abschaltung brisanterweise drei Tage vor der Eröffnung des gemeinsamen Galileo-Büros von ESA und der EU-Kommission in Brüssel.

Seither liegt die Ortungsgenauigkeit mittels GPS-Signal bei sich bewegenden Objekten, beispielsweise einem Fahrzeug, bei zirka 15 bis 20 Metern. Im Standbetrieb liegt die Abweichung zwischen fünf und sieben Metern. Unter optimalen Empfangsbedingungen lässt sich die Position auf bis zu drei Meter genau berechnen. Diese Qualität streben auch die Entwickler des europäischen Systems für bewegte Ziele an.

Die Monopolstellung der Amerikaner wird 2008 also ein Ende haben. Für Anwender satellitengestützter Ortung kann dies nur von Vorteil sein, denn es ist davon auszugehen, dass sich aufgrund des entwickelnden Wettbewerbes die Präzision der Lokalisierung insgesamt verbessern wird. Für welches System sich der Anwender ab 2008 entscheiden soll, hängt dann sicherlich vom Preis-/Leistungsverhältnis ab. (mw)