GPS-Korrektursystem Egnos in Betrieb

Geschrieben am 2 Oktober 2009  von Gerhard Bauer

Am 1. Oktober 2009 ist Egnos, das europäische „Korrektursystem“ für GPS-Signale in Betrieb gegangen. Ursprünglich war geplant, Egnos nicht nur für GPS anzubieten, sondern erst ab der Realisierung des europäischen Navigations-Satellitennetzes Galileo – und die Features von Egnos dann Galileo zuzuschreiben. Aufgrund der endlosen Verzögerungen von Galileo wuchs aber der Druck auf die EU, Egnos endlich einzuführen – auch wenn es „nur“ GPS-Anwendern Nutzen bringt. Insbesondere die Luftfahrtindustrie ist auf die höhere Genauigkeit und die Ausfallanzeige zwingend angewiesen.
Egnos ist die Abkürzung für „European Geostationary Navigation Overlay Service“. Das System besteht aus drei geostationären Satelliten, die über dem östlichen Atlantik und Afrika und über vierzig über ganz Europa verstreuten Beobachtungs- und Kontrollzentren. Die Egnos-Satelliten senden Korrektursignale für die Nutzdaten der etwa 30 im Orbit befindlichen GPS-Satelliten: Die Positionierungsgenauigkeit von purem GPS beträgt etwa 8 bis 15 Meter, mit Egnos kann dieser Fehler auf etwa 2 Meter reduziert werden. Der größte Teil dieser Ungenauigkeit geht auf das Konto von Störungen in der Ionosphäre (ca. 80 bis 300 km über der Erdoberfläche), die in erster Linie durch ungleichmäßige Strahlung der Sonne hervorgerufen werden.
Die Beobachtungszentren messen die durch Ionosphärenstörungen hervorgerufenen Abweichungen und übermitteln diese an die geostationären Satelliten. Die senden dann ein Korrektursignal auf den normalen GPS-Frequenzen an alle dafür tauglichen GPS-Empfänger.

Ein Beispiel: Die Züricher Bodenstation bemerkt, dass ihre Position laut ihren hochgenauen GPS-Empfängern (die grundsätzlich unter den gleichen Ionosphärenfehler leiden wie der Empfänger im Auto-Navi) 12 Meter zu weit nordwestlich berechnet wird. Sie meldet dies an die vier Mission Control Center, die für ganz Europa und Nordafrika eine Störungskarte herstellt. Daraus berechnet man dann die nötigen Korrekturwerte, die über die geostationären Satelliten an alle GPS-Empfänger verteilt werden.

Zusätzlich gibt es noch andere Fehlerquellen, die mit Egnos behoben werden könnten: Abweichungen der hochgenauen Atomuhren in den Satelliten und Abweichungen zwischen den tatsächlichen und den im Satellitensignal übertragenen Satellitenpositionen. Diese Fehler werden allerdings in Fachkreisen für relativ unbedeutend gehalten.

Außerdem prüfen die Bodenstationen ständig die Signale aller Satelliten. Schon ein defekter Satellit verhindert eine sinnvolle Positionsberechnung in allen GPS-Geräten, die sein Signal empfangen. Sobald die GPS-Signale eines Satelliten eine bestimmte Fehlergrenze überschreiten, wird also das komplette GPS-System unbrauchbar. Beim Autopiloten eines Flugzeugs kann das fatale Auswirkungen haben: Wenn das Flugzeug annimmt, dass es nicht tatsächlich 10.000 Metern über dem Meeresspiegel, sondern 18.000 Meter hoch fliegt, wird es einen flotten Sinkflug über 8000 Meter einleiten. Schlecht, wenn man sich in diesem Moment über den Alpen befindet. Auch in der Schifffahrt können falsche Positionsbestimmungen schlimme Folgen haben. Egnos bemerkt solche Ungenauigkeiten praktisch sofort und sendet innerhalb von sechs Sekunden ein in ganz Europa empfangbares Signal, dass die GPS-Positionsbestimmung ab sofort unsinnige Werte ergibt und nicht mehr beachtet werden darf. Autopiloten geben dann hilflos auf und die Piloten müssen entsprechend reagieren und gegebenenfalls „von Hand fliegen“. Dies ist aber schon eine „Safety of Life“-Funktion, die momentan geprüft und wahrscheinlich Anfang 2010 freigegeben wird.

Damit Egnos in ganz Europa empfangbar ist, müssen die Satelliten eine feste Position am Himmel haben und dürfen nicht wie die GPS-Satelliten um die Erde kreisen. Das geht nur auf einer geostationären Umlaufbahn, genauso wie die hierzulande empfangbaren Fernsehsatelliten. Die Egnos-Nutzsignale werden von drei Satelliten ausgesendet: Vom Inmarsat AOR-E, Inmarsat IOR-W und Artemis. Der erste befindet sich in gerader Linie unterhalb von Liberia über dem Atlantik, die beiden anderen über der Demokratischen Republik Kongo. Alle drei stehen in der gleichen Höhe über dem Horizont wie die Astra-Fernsehsatelliten. Das heisst, die GPS-Antenne braucht freien Empfang in die gleiche Richtung wie die TV-Satellitenschüsseln auf den Hausdächern, wenn sie Egnos empfangen soll.

Normale GPS-Empfänger in Auto-Navis sollten eigentlich genau genug sein. Egnos bringt diesen Geräten nicht wirklich viel. In der Luft- und Schifffahrt wird Egnos schon in kürzester Zeit nicht mehr wegzudenken sein. Das wird auch deutlich, wenn man sich ansieht, wer Egnos betreibt: Der Besitzer von Egnos, also der Kontrollstationen, ist die Europäische Kommission. Betrieben wird Egnos aber gegen Bezahlung von der ESSP, die wiederum ein Zusammenschluss der Flugsicherungsunternehmen von Frankreich, Deutschland, Italien, Portugal, Spanien, der Schweiz und Großbritannien ist. Der Vertrag zwischen der Europäischen Kommission und der ESSP läuft bis 2013, grundsätzlich soll Egnos aber mindestens bis 2029 betrieben werden.

In diesem Bereich über Europa soll Egnos die Genauigkeit auf 1 bis 3 Meter verbessern

In diesem Bereich über Europa soll Egnos die Genauigkeit auf 1 bis 3 Meter verbessern

Eine Karte mit den Kontrollstationen in Europa und Nordafrika. In Deutschland gibt es gar keine, die nächsten sind in Zürich und Paris.

Eine Karte mit den Kontrollstationen in Europa und Nordafrika. In Deutschland gibt es gar keine, die nächsten sind in Zürich und Paris.