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Das europäische Satellitennavigationssystem
Galileo
René Kleeßen
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Forschungseinrichtung Raumfahrtmanagement Projektträger
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Standorte und Personal
Über 8.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 33 Instituten und Einrichtungen in 16 Standorten.
Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington. Köln
Oberpfaffenhofen
Braunschweig
Göttingen
Berlin
Bonn
Neustrelitz
Weilheim
Bremen Trauen
Lampoldshausen
Hamburg
Stuttgart
Stade
Augsburg
Jülich
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DLR Standort Bonn
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter : 680 (Projektträger)
250 (Raumfahrtmanagement) 30 (Projektträger Luftfahrtforschung)
Gebäudeflächen: 30.000 m² Dienstort Bonn – Oberkassel - Raumfahrtmanagement - DLR Projektträger - DLR Projektträger Luftfahrtforschung
Bonn-Oberkassel
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Erstellung der deutschen Raumfahrtplanung im Auftrag der Bundesregierung
Wahrnehmung deutscher Raumfahrtinteressen im internationalen Rahmen, insbesondere gegenüber der ESA
Aufträge und Zuwendungen für Raumfahrtprojekte im Nationalen Raumfahrtprogramm - von Beratung über Förderentscheidung bis zum Technologietransfer
Aufgaben DLR Raumfahrtmanagement
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Finanzierung und Fördervolumen 2016 (Plan)
453
306
469
8801186
175
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Raumfahrtmanagement Projektträger Forschung und BetriebDeutsche ESA-Beiträge BMWi / BMVI Institutionelle Förderung FuENationales Raumfahrtprogramm inkl. Management Drittmittel FuEFörderprogramme DLR PT inkl. Management Luftfahrtforschungsprogramme PT inkl. Management
Alle Angaben in Mio. Euro, daher ggf. Rundungsdifferenzen
ohne Verrechnung von Querfinanzierungen
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Galileo Galilei (1564 – 1642)
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Satellitennavigation = P N T
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Prinzip der Satellitennavigation
Beispiel Fußball: Wo genau befindet sich der Spieler?
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Der Empfänger misst über Signallaufzeiten: 1. Entfernung zum 1. Satelliten 2. Entfernung zum 2. Satelliten 3. Entfernung zum 3. Satelliten 4. Exakte Uhrzeit vom 4. Satelliten Satelliten Atomuhren für extrem genaue Zeitmessung Signale enthalten Informationen zu Sendezeitpunkt, Bahndaten und Identität. 1 Milliardstel Sekunde entspricht 30 cm
Prinzip der Satellitennavigation
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GPS II und ab ca. 2020 GPS III
Glonass (seit Ende 2011)
Galileo (seit 2016, Vollausbau bis 2020)
Beidou (ab ca. 2020 global)
Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS)
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7 July, 2017 Document Title
12
seit 1980 ziviles GPS Signal, Genauigkeit künstlich verschlechtert auf ca. 100 m
1994 EU Ratsbeschluss zu GNSS 1 (EGNOS) und GNSS 2 (Galileo)
1995 ESA ARTES 9 Programm: Anfangsstudien, EGNOS Entwicklung, Galileo Systemdefinitionsstudien
1999 EU Galileo Missionsdefinitionsstudien
2000 US-Präsident Clinton hebt im Mai 2000 künstliche GPS Signal-Verschlechterung auf
2003 Beginn der ESA Galileo Entwicklungsphase bis 2013 (gemeinsame Finanzierung durch ESA und EU)
2004 Gründung der Europäischen GNSS Agentur (GSA)
2009 Übertrag EGNOS Eigentum von ESA an die EU
2014 - 2020 GNSS Verordnung 1285/2013 Gesetzgebungsakt zwischen EU-Rat, EU-Parlament, EU-KOM
Global Navigation Satellite System (GNSS)
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EGNOS
• Erhöhung der Genauigkeit
• Berechnung der Integrität
• Zwei Kontrollzentren
• ca. 40 Bodenstationen
• Nachteil: alle Systeme
beruhen auf GPS
• EGNOS Version 3:
- zwei Frequenzen und
- Galileo wird integriert
- ca. ab 2020
GPS Ergänzungssysteme
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EGNOS
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-Galileo Implementation Plan Galileo Aufbau
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7 July, 2017 Document Title
16
TT&C Stationen
Mission Uplink
Stationen
Kontrollzentren
Galileo
Sensor Stationen
Konstellation
24+Reserve MEO Satelliten
Nutzer & Diensteanbieter
LEOP Zentren
IOT Zentrum
Galileo Systemarchitektur
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-Erde
- Kreisförmige Umlaufbahn mit: - Bahnneigung 56° - Bahnhöhe 23.222 km≈2 Erd-Ø - Umlaufzeit 14,4 Stunden
56°
3 um 120° gedrehte Bahnebenen mit jeweils 10 Galileo Satelliten = vollständige Satellitenkonstellation
-Erde
Galileo System
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Weltweite Galileo Bodenanlagen
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Galileo Bodenzentren in Europa
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7 July, 2017 Document Title
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Kontrollzentrum in DEU / DLR Oberpfaffenhofen
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7 July, 2017 Document Title
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FOC
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7 July, 2017 Document Title
22
2 4 6 8 10 12 14 18 22 26
IOV FOC
2011/2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Aufbau der Satellitenkonstellation
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• Galileo Betrieb und Nutzung • EGNOS Betrieb und Nutzung • Sicherheitszulassung • Dienste/Märkte
• Galileo Aufbau • Galileo Unterstützung • EGNOS Unterstützung • GNSS Weiterentwicklung • ESA NAVISP (ab 2017)
Europäische GNSS Verwaltung
Delegationsabkommen zu
Galileo und EGNOS
Delegationsabkommen zu
Galileo, EGNOS, H2020
Arbeitsvereinbarungen zu
Galileo und EGNOS
• Politische Verantwortung • Programm-Manager • Finanzierung
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• GSA Management: 163 Mio. • Galileo Nutzung: 2700 Mio. • EGNOS Nutzung: 1400 Mio.
• ESA Management: 422 Mio. • Galileo Aufbau = 1605 Mio. • EGNOS Unterstützung: über GSA • GNSS Weiterentwicklung: über H2020
Budget für GNSS (2014 – 2020)
• Galileo und EGNOS: 7125 Mio. € Delegationsabkommen Delegationsabkommen
Arbeitsvereinbarungen
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7 July, 2017 Document Title
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Offener Dienst
Kommerzieller Dienst
Such- und Rettungs- Dienst
kostenlos; Massenmarkt; Authentifikation
verschlüsselt; Hochgenau; Authentifikation
verschlüsselt; Im Krisenfall verfügbar
Echtzeit; hochgenau; Rückkanal
öffentlich regulierter Dienst
Galileo Dienste
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… from 3 manufacturers adopting Galileo in 2010,
to 17 in 2016 representing more than the 95% of global supply …
AUTOMO TI VE
HIG H PRECISIO N
SMARTPHONES/MASS MARKET
UAVs
2016
2010
TIMING
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Galileo - nächste Generation
Signaldesign
Träger- systeme
Atomuhren
Datenüber- tragung Betriebs-
kosten
PRS
Satelliten- konstellation
Elektrische Antriebe
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Galileo - nächste Generation
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Navigationsanwendungen
Verkehrsanwendungen
Landwirtschaft Rettungswesen
Standortbezogene Dienste
Energie, Telekom, Banken
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Anwendungen und neue Dienste
• Testgebiete • Ghosthunter
Raumsegment und Nutzlast
• Technologien für Galileo 2. Generation • EGNOS Version 3
Innovative Navigationstechnologien
• Multi-Sensor - Technologien • übergangsfreie Navigation Outdoor - Indoor
PRS Technologieprogramm
• Empfänger • Anwendungen
Nationales Raumfahrtprogramm
Bildquellen: ESA, DLR
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Hintergrund und Nutzen:
Server-Basierte Erweiterung der auf Outdoor-Einsatz beschränkten Satellitennavigation
metergenaue Navigation im Inneren großer Gebäude (Flughäfen, Museen, Krankenhäuser, Behörden, …)
keine Notwendigkeit von vor Ort gegebener Spezial-HW-Infrastruktur
verwendbar auf handelsüblichen Smartphones Nahtloser Übergang Outdoor-/Indoor-Navigation
NAVVIS - Navigation anhand visueller Informationen
Ergebnis: Schlüsseltechnologie Made in Germany für Navigationsanwendungen
Potenzial: Massenmarkt verschiedenster Navigationsanwendungen
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GO! (Deutscher Galileo‐Empfänger für Bahn‐Anwendungen) Motivation:
Die Entwicklung eines Navigationsempfängers für Bahnanwendungen nahtlose Ankopplung der Empfängersoftware und ‐hardware an Zentrale Dienste Synthese von optimierten Kommunikations‐wegen zur Datenerfassung und –bereitstellung, modulare Service‐Architektur
Mögliches Anwendungsszenario: Autonomes angieren auf Güterbahnhöfen
Lösungen für die Überbrückung von
Abschattungseffekten und für eine gleisgenaue Positionierung:
o Berechnung von möglichen Bahntrajektorien,
o Einbindung von Kartenmaterial und Sensoren (IMU),
o Aussendung von Korrekturdaten über die Kommunikationsarchitektur
o Untersuchungen auch im Hinblick auf Jamming bzw. Spoofing der Navigationsnachricht
in dieser sicherheitskritischen Anwendung.
Anwendungen und Dienste
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C2Land (Capability 2 Land)
Motivation: innovatives Bahnführungs‐ und Navigationskonzept für ein vollautomatisches Landesystem zu entwickelten und zu erproben, unter den Randbedingungen der kommerziellen Luftfahrt und unter Berücksichtigung zulassungstechnischer Aspekte
o Kernstück ist ein zentrales Monitoring‐, Datenfusions‐ und
Integritätsüberwachungssystem, welches Navigation‐, Regelung und Monitoring zu
einem integrierten Bahnführungssystem koppelt.
o Durch die zentrale Informationsverarbeitung kann die Zuverlässigkeit und
Verfügbarkeit des Gesamtsystems deutlich erhöht werden.
o Aufbau eines für Testflüge zugelassenen Demonstrators : die Funktionsfähigkeit
der Subsysteme Navigation, Bildverarbeitung, Anzeige und Kollisionserkennung
konnte bereits in Flugversuchen mit innovativen Technologien nachgewiesen
werden.
Anwendungen und Dienste
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Galileo Nautic
Motivation: Lösung für die hohen Sicherheits‐ und Effizienz‐anforderungen in Häfen und begrenzten Revieren stellen vollautomatisierte und miteinander kooperierende Schiffe dar. durchgehendes Monitoring der Schiffsfunktionen, aktive Sicherheitssysteme, vorausschauende und fehlertolerante Schiffsregelungen, integre Kommunikationsnetzwerke und garantierte Systemverfügbarkeiten auch im Fehlerfall Hohe Verkehrsaufkommen Hohe Geschwindigkeiten
o Kooperative und vernetzte Navigation und Lokalisierung o koordinierte, kooperativen Manöverplanung o online Optimierung für Routen‐ und Manöverplanung o vollautonomer Schiffsbetrieb auf Einzelschiffebene o Integration zusätzlicher Sensorik o definiertes Protokoll zwischen den beteiligten Datennutzern
Anwendungen und Dienste
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Ghosthunter
Motivation:
Pro Jahr ca. 2000 Geisterfahrer auf dt. Autobahnen und Bundesstraßen, dabei ca. 80 Unfälle Voraussetzungen definieren, unter denen es mit heutiger Technik möglich ist, Geisterfahrer auf Autobahnen zu detektieren und andere Verkehrsteilnehmer zu warnen automatisches Warnsystem soll in das europäische e Call System implementiert werden
o GNSS Empfänger und GNSS Ergänzungssysteme, zusätzliche Sensoren
und digitale Karte zu echtzeitfähigen Gesamtsystem koppeln. Diese Kopplung soll eine maximale Detektionswahrscheinlichkeit bei einer tolerierbaren Falschalarmwahrscheinlichkeit gewährleisten.
o Durchführung einer umfassenden Analyse des Gesamtsystems bzgl. Positionsgenauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität und Kontinuität
Anwendungen und Dienste
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• Es wird 4 globale Satellitennavigationssysteme geben.
• Galileo bietet seit Ende 2016 erste Dienste an!
• Vollständiger Ausbau von Galileo erfolgt bis 2020.
• Immer mehr Bereiche nutzen Satellitennavigation. Auch kritische Infrastrukturen.
GALILEO - Zusammenfassung
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… besuchen Sie bitte die folgenden Seiten im Internet:
GALILEO – Für weitere Informationen…
NAVIPEDIA
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GALILEO – Gibt es Fragen?
Alle Bildquellen: KOM/ESA