SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme Einheit 4: GPS, Galileo, Beidou, GLONASS - T. Pany
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SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme
Einheit 4: GPS, Galileo, Beidou, GLONASS
T. Pany
Professur für Satellitennavigation (LRT 9.2)
Institut für Raumfahrttechnik und Weltraumnutzung
• Das Anfang der 70er Jahre in den ‚Lonely Halls Meetings‘
zusammengefasste Konzept von GPS wurde von allen GNSS-
Systembetreibern (Russland, Europa und China) übernommen und
wird mit Modifikationen, insbesondere bei der GNSS-Signalstruktur,
noch heute eingesetzt. Damit folgen alle GNSS folgen einem fast
Inhalt der kanonischen Aufbau von Raum-, Kontroll- und Nutzersegment.
Vorlesungseinheit • Im Rahmen eines „Flipped Classroom“ werden die vier GNSS in
Gruppenarbeit betrachtet und Fragestellungen beantwortet. Damit
werden Aufbau, Highlights, Bedeutung für die Betreibernation und
der Entwicklungsprozess beleuchtet. Als Informationsquellen
werden Wikipedia, die Homepages der Betreiberorganisationen und
Präsentation vom Munich Satellite Navigation Summit
herangezogen.
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Conference/Workshop/Event 2 2Flipped Classroom
Zeit Inhalt Lehrmethode Benötigte
Materialien/Medien
VO3: -
10 min Vorbesprechung, Aufgabenstellung, Link zu den ZOOM-Vortag Siehe oben
Unterlagen; Gruppeneinteilung (selbständig)
VO4:
5-60 min Bearbeitung der vier Fragestellungen in Einrichtung von ZOOM-
Kleingruppen, Entwicklung eines Slogan Arbeitsräumen
60-61 min Präsentation der Slogans
60-90 min Jede Gruppe präsentiert ihr System und Im gemeinsamen ZOOM-Raum
beantwortet die Fragestellungen mit Moderation
des Vortragenden, Fragestellungen werden der
Reihe nach für alle Systeme gleichzeitig
bearbeitet und diskutiert
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Conference/Workshop/Event 3 3Fragestellungen
• Erfassen Sie den Aufbau, den Status und die
Highlights des jeweiligen globalen
Satellitennavigationssystem
• Bewerten und beurteilen Sie Stärken und
Schwächen des Systems
• Berechnen/Ermitteln Sie wie viele Satelliten
davon im Schnitt gleichzeitig über München zu
sehen sind (höher als 10° Elevation).
• Erörtern warum der Entwicklungsprozess des
Systems genau so stattgefunden hat, wir er
stattgefunden hat.
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Conference/Workshop/Event 4 4Kanonischer Aufbau GNSS
• Raumsegment (im Orbit befindlichen Satelliten):
• Betrieb hochgenauer Atomuhren, die zwischen den Upload-Intervallen (alle 2-4 Stunden) einen Fehlgang von
≤ 1-5 ns (30 cm – 1.5 m) aufweisen.
• Erzeugung des Navigationssignals (VO7+8), Verstärkung und Ausstrahlung
• Ausrichtung der Sendeantenne Richtung Erdoberfläche mit leicht größerem Öffnungswinkel (Space Service Volume für
LEO Satelliten)
• Möglichst gleichmäßige globale Versorgungen von Navigationssignalen von sechs oder mehr Satelliten
• Nutzung von zwei oder mehr Frequenzen zur Kompensation der Ionosphäre
• Kontrollsegment
• Global verteile Monitorstationen
• Kontinuierliche (1 Hz Messrate) Messung von Kode-Pseudostrecke, Trägerphase und Doppler
• Datennetzwerk
• Übermittlung aller Messdaten der Monitorstationen in Echtzeit zum Kontrollzentrum
• Bidirektionale Verbindung der Uplink-Stationen zum Kontrollzentrum
• Kontrollzentrum
• Bestimmung der Satellitenorbits und der Satellitenuhrfehler
• Prädiktion der Orbits und der Uhrfehler
• Übermittlung der prädizierten Daten an die Uplink-Stationen
• Überwachung der Telemetriedaten, Koordinierung von Bahnmanövern, …
• Uplink-Stationen
• Upload der prädizierten Orbits und Uhrfehler zu den Satelliten
• Up- und Download der Telemetriedaten und Übermittelung an das Kontrollsegment
• Achtung: Elemente sind mehrfach redundant ausgelegt und weiterführende Dienste verlangen auch nach
weiteren Einrichtungen (z.Bsp.: Galileo Security Center, Search and Rescue Payload, …).
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Conference/Workshop/Event 5 5GNSS-Raumsegmente
GPS Galileo GLONASS Compass/Beidou
• 21 + 3 + x (MEO) • 27 + 3 (MEO) • 21 + 3 (MEO) • 27 (MEO)
• CDMA • CDMA • FDMA + CDMA ? • 5 GEO, 3 IGSO
• 3 Frequenzen • 4 Frequenzen • 2 Frequenzen/Satellit • CDMA
• Höhe 20.200 km • Höhe 23.200 km • Höhe 19.100 km • 4 Frequenzen
• i = 55o • i = 56o • i = 64.8o • Höhe 21.500 km
• Dual Use • Zivil (PRS) • Dual Use • i = 55o
• Dual Use
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Conference/Workshop/Event 6 6Informationsquellen
• Wikipedia:
• Typischerweise recht umfassende Informationsangaben auch mit
historischen Komponenten.
• Angaben oftmals nicht am aktuellen Stand und aus technischer Sicht
unausgewogen.
• Navipedia
• https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Main_Page
• Ähnlich wie Wikipedia, wird leider nicht mehr von ESA gepflegt
• Berechnung der Satellitensichtbarkeiten
• https://www.gnssplanning.com/#/settings
• Homepages der Betreiberorganisation
• Offizielle Kommunikationskanäle mit Links zu den ICDs. Bieten wenig
Überblicksinformation.
• Konferenzpräsentationen
• Munich Satellite Navigation Summit, ION-GNSS+, CSNC, Navitec, …
• Aktuelle zusammenfassende Statusangaben
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Conference/Workshop/Event 7 7GPS
• US amerikanisches GNSS
• Geschichte, Aufbau und Kontrollsegment
wurden bereits in VO1 diskutiert.
• Quellen:
• Lieutenant Colonel Max Mai, Deputy, GPS Systems
Engineering Division, USA: „GPS Program Status
Munich Satellite Navigation Summit 2019, 2019.
• Siehe Vorlesungs-Homepage
• https://www.gps.gov/cgsic/international/
• https://www.navcen.uscg.gov/?pageName=GPS
• https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_Syst
em
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Conference/Workshop/Event 8 8GLONASS
• Russisches GNSS
• Historisch und von der Anzahl der Nutzer das 2.
bedeutendste Navigationssystem
• Quellen:
• I. Revnivykh, ROSCOSMOS State Space Corporation:
„GLONASS and SDCM, Status, Development and
Use“, Munich Satellite Navigation Summit, 2019.
• Siehe Vorlesungs-Homepage
• https://en.wikipedia.org/wiki/GLONASS
• https://glonass-iac.ru/en/index.php
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Conference/Workshop/Event 9 9BeiDou
• Chinesisches GNSS
• Quellen:
• Aufbau und Status 2019 aus J. Chen, China Satellite
Navigation Office: „Update On BeiDou Navigation
Satellite System“, Munich Satellite Navigation
Summit, 2019.
• Siehe Vorlesungs-Homepage
• https://en.wikipedia.org/wiki/BeiDou
• http://en.beidou.gov.cn/
5/1/2020 SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme
Conference/Workshop/Event 10 10Galileo
• Europäisches GNSS
• Systemeigner: Europäische Kommission
• Agentur: GSA, European GNSS Agency
• Technische Leitung: ESA
• Quellen:
• Aufbau, Status und Performance aus. J. Hahn, European Space
Agency, „Aktueller Stand des laufenden Galileo Programms“,
Informationsveranstaltung Galileo 2. Generation, DLR Bonn,
2018
• Siehe Vorlesungs-Homepage
• Jérémie GODET– European Commission, Rodrigo DA COSTA-
European GNSS Agency: „Galileo Status“, GNSS Summit,
Munich, 26 March 2019.
• Siehe Vorlesungs-Homepage
• https://en.wikipedia.org/wiki/Galileo_(satellite_navigation)
• https://www.gsc-europa.eu/
• https://www.esa.int/Applications/Navigation
5/1/2020 SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme
Conference/Workshop/Event 11 11Fragen
Auswahl möglicher Prüfungsfragen
2018 5/1/2020 SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme
Conference/Workshop/Event 12 12Fragen inkl. Punkte
• Beschreiben Sie Aufbau (Boden- und
Raumsegment), Highlights, Bedeutung für die
Betreibernation sowie den Entstehungs-
Entwicklungsprozess eines GNSS (8 P).
5/1/2020 SatNav 1: Globale Satellitennavigationssysteme
Conference/Workshop/Event 13 13Sie können auch lesen
