European Geostationary Navigation Overlay Service: EGNOS

Die Satellitennavigation wird in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt und greift auf Satellitendaten zurück. Der Begriff Global Positioning System, kurz GPS, bedeutet soviel wie Positionsbestimmungssytem. Es ermöglicht die Ermittlung bestimmter Orte mit hoher Positionsgenauigkeit und wird privat oder auch gewerblich genutzt. Für eine Korrektur der ermittelten Informationen wird auf ein Erweiterungssystem zur Satellitennavigation zurückgegriffen, dieses unterstützt den Empfang, korrigiert das Signal und bessert Software-Fehler aus. 

EGNOS ist die Abkürzung für the European geostationary navigation overlay service, dieses System sendet entsprechende Korrekturdaten für das globale Satellitensystem GNSS aus, es verbessert in diesem Fall begrenzt auf Europa die Positionsgenauigkeit. Zudem ist es funktionell und protokollmäßig voll kompatibel zu weiteren Korrektursystemen, wie zum amerikanischen WAAS, dem indischen GAGAN und dem japanischen MSAS.

EGNOS und GPS

GPS wurde ursprünglich für das amerikanische Militär entwickelt und in der Kriegsführung eingesetzt. Nach einigen Jahren war GPS auch für Zivilisten frei zugänglich und nutzbar, jedoch waren die Ergebnisse nicht sehr akkurat, da zu Beginn noch künstliche Phasenschwankungen geschaltet wurden. Mit der Abschaltung dieser Störungen wurden die Messungen deutlich genauer, doch Fehlerquellen verblieben weiterhin. 

Funktionsweise von GPS-Systemen

Für die Bestimmung der Position mittels GPS arbeiten GPS-Empfänger, auch GPS-Tracker genannt, mit Signalen von Satelliten. Diese sendet jeder Satellit in einem bestimmten Rhythmus aus, anhand der Dauer der Übertragung und der Entfernung zum Satelliten kann die eigene Position genau berechnet werden. Die Geschwindigkeit der Funksignale beim Passieren der Ionosphäre ist abhängig vom Ionisationsgrad, welches eine weitere Fehlerquelle birgt. Dieser Effekt könnte durch Vergleich der Laufzeiten korrigiert werden, jedoch empfangen zivile Navigationsgeräte im Regelfall das Signal der GNSS-Satelliten nur auf einem einzigen Frequenzband. Herkömmliches differenzielles GPS ermöglicht eine ausreichende Korrektur, jedoch nur in geringer Entfernung zu Station, da es auf einer einzelnen Referenzstation mit bekannter Position basiert. 

Korrektur der Satellitendaten

In Nordafrika, Europa und im Nahen Osten befinden sich 40 Referenzstationen, kurz RIMS, die Signale der GPS-, Galileo- und GLONASS-Satelliten empfangen. Sie müssen die Satelliten bis dicht über dem Horizon empfangen, um zusätzliche Reflexionen am Boden zu vermeiden, hierzu werden sie mit speziellen Antennen ausgestattet. Aus den Daten der RIMS berechnen zwei redundante Kontrollzentren (Master control center) die Korrekturwerte, sowohl Korrekturen der Satellitenpositionen als auch aktuelle Karten der Elektronendichte der Ionosphäre zur Korrektur der Laufzeiten der Signale. Diese Karte ermöglicht Empfängern eine grobe Korrektur. Die Korrekturdaten werden durch sechs Up-Link-Stationen an die Satelliten übertragen. Diese leiten die Korrekturdaten zur flächendeckenden Verteilung entsprechend weiter. 

Einfache GNSS-Empfänger werden keine weitere Empfangseinheit benötigen, die Korrekturdaten versenden die geostationären Satelliten auf der GPS L1-Frequenz. Für die Erhöhung der Ortsgenauigkeit ist es wichtig, dass am Startpunkt für längere Zeit Sichtverbindung zu mindestens einem EGNOS Satelliten besteht. Die Wege müssen entsprechend dieser Regelung gewählt werden, damit Gebiete mit vollständiger Abschattung gemieden oder zügig durchquert werden können. 

EGNOS verfügt über zwei aktive Satelliten, neben dem seit 2006 ausgestrahlten regulären EGNOS-Signal, ist das Signal eines weiteren Satelliten nur für Testzwecke vorgesehen (EGNOS System test bed).

EGNS-Korrekturdaten via Internet

Geostationäre Satelliten stehen in Europa nicht so hoch am Himmel und erschweren somit die Anwendung für mobile Nutzer in Städten, da die Signale schlecht zu empfangen sind. Aufgrund dessen werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt. Die versendeten Informationen werden archiviert und sind frei verfügbar, das erlaubt auch eine nachträgliche Anpassung, das sogenannte postprocessing, von GNSS-Positionen und erleichtert die Anwendungsentwicklung. Auf diese Weise versendete Korrekturdaten sind kostenfrei, umfangreichere Rohdaten aller RIMS sind hingegen kostenpflichtig. Sie ermöglichen eine genauere Korrektur, speziell in den Umgebungen der RIMS und sind garantiert verfügbar. 

Kompatible GNSS-Empfänger

Moderne GNSS-Empfangsgeräte unterstützen die Korrektursignale über EGNOS-Satelliten, sie können die Daten entsprechend verarbeiten. Die Nutzung des Dienstes Open Service von EGNOS ist kostenlos. Spezifisch wird festgelegt, dass sich 99 Prozent der bestimmten Personen innerhalb eines Kreises mit 40 Meter Radius um die wahre Position befinden. Kann dies aufgrund von Störungen nicht garantiert werden, werden Nutzer innerhalb von sechs Sekunden informiert. 

Zuständigkeiten für EGNOS

Bei EGNOS handelt es sich um ein gemeinsames Projekt der ESA, der EU und der europäischen Flugsicherung Eurocontrol. Das Unternehmen European Satellite Service Provider SAS (ESSP) mit Sitz in Toulouse vermarktet und betreibt das Erweiterungssystem zur Satellitennavigation im Auftrag der EU. 

Einsatzgebiete und Verwendung

Neben der Verbesserung der Positionsgenauigkeit erhielt EGNOS 2010 die Freigabe für safety-of-life-Anwendungen. Neben Daten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit informiert EGNOS auch über die Integrität: Innerhalb von 6 Sekunden erfahren die Nutzer dieses Dienstes, wenn ihre Systeme falsche Daten senden oder der Empfang stark gestört ist. Dieser Dienst wird eingesetzt, wenn die Positionsgenauigkeit von GPS lebenswichtig ist, beispielsweise im Flugverkehr. 

EGNOS-Versionen

Seit dem 01. Oktober 2009 befindet sich EGNOS v2 im offiziellen Betrieb und seit Dezember 2010 wird das Signal nun gesendet. Das System darf durch Anwender seit März 2011 benutzt werden, im Dezember des gleichen Jahres erhielt EGNOS durch das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF)  für Deutschland seine Zustimmung für die Nutzung von Safety-of-Life. 

Ab November 2013 wurden weitere Finanzierungen von EGNOS und Galileo durch das Europäische Parlament für den Zeitraum 2014–2020 genehmigt, das war für die Entwicklung von EGNOS v2 relevant. Zudem wird parallel an EGNOS v3 gearbeitet, welches die Positionsgenauigkeit zusätzlich erhöhen und durch zwei Frequenzbänder unterstützt werden soll.  

Für eine reibungslose Anwendung von GPS-Signalen sind Korrektursignale unerlässlich, die Standortbestimmung umfasst geographische Daten (Länge, Breite und Höhe). Die Genauigkeit einer solchen Ermittlung liegt zwischen 13 Metern und 1 Millimeter. Je mehr Satellitendaten das GPS-Gerät empfängt (Positions- und Korrekturdaten), desto genauer ist das Endergebnis.