Ein Überblick über die 5 GNSS-Systeme

Um das GNSS (Global Navigation Satellite Systems) zu verstehen, ist es hilfreich, zunächst die Beziehung zwischen GNSS und GPS zu verstehen. Der beste Weg, das Konzept zusammenzufassen, ist, dass das Global Positioning System (GPS) nur ein unterstützender Teil des GNSS-Netzwerks ist. Während GPS für GNSS sehr wichtig ist, gibt es vier weitere Konstellationen, die das gesamte GNSS-System ausmachen. Eine wichtige Funktion mehrerer Systeme (Konstellationen) besteht darin, dass sie eine bessere Sicherheit für den Fall bieten, dass eine Konstellation unzuverlässig wird oder unter bestimmten Bedingungen nicht funktioniert.

Die 5 GNSS-Konstellationen wurden von verschiedenen Regierungen bzw. der EU entwickelt:

• US - (GPS)
• QZSS (Japan)
• BEIDOU (China)
• GALILEO (EU)
• GLONASS (Russland)

1. GPS

GPS war das erste GNSS-System, das 1978 in Betrieb genommen wurde und seit 1994 für den weltweiten Einsatz zur Verfügung steht. GPS wurde als unabhängiges militärisches Navigationssystem eingeführt, nachdem das Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten den potenziellen Wert der Technologie erkannt hatte. Das System wurde absichtlich so konzipiert, dass es eine hohe Genauigkeit und eine hohe Sicherheit gegen Rauschen und Störungen durch Kriegsgegner bietet. GPS wurde erstmals 1983 durch einen Erlass von Reagan öffentlich gemacht.

GPS arbeitet in einem Teil des Funkspektrums zwischen 1 und 2 GHz, dem so genannten L-Band. Dies wurde vor allem aus den folgenden Gründen gewählt:

• Niedrigere Frequenzen haben eine größere ionosphärische Verzögerung
• Das Antennendesign könnte vereinfacht werden
• Die Auswirkungen des Wetters auf die Ausbreitung des GPS-Signals würden minimiert werden.

Obwohl es das erste GNSS-System war, ist GPS auch heute noch das genaueste Navigationssystem weltweit. Die neuesten GPS-Satelliten verwenden Rubidium-Uhren und werden mit bodengestützten Cäsium-Uhren synchronisiert, um eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen.

2. QZSS

QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) ist ein japanisches regionales Satellitensystem, das manchmal auch als "japanisches GPS" bezeichnet wird.

QZSS nutzt eine geostationäre Satellitenbahn und drei im QZO, die eine achterförmige Bahn mit Nord-Süd-Asymmetrie aufweisen.

Das QZSS-Zeithaltungssystem (TKS) der ersten Generation wird auf Rubidium-Uhren basieren und einen grundlegenden Prototyp eines experimentellen Kristalluhr-Synchronisationssystems enthalten. Die TKS-Technologie (Time Keeping System) ist ein neues System, das keine bordeigenen Atomuhren benötigt und bereits von Navigationssatellitensystemen wie GPS, GLONASS und Galileo verwendet wird. Dadurch kann das System optimal arbeiten, wenn die Satelliten in direktem Kontakt mit der Bodenstation stehen, was es zu einer hervorragenden Lösung für die QZSS-Konstellation macht.

QZSS ist mit GPS kompatibel, was ein wichtiges Merkmal ist, um sicherzustellen, dass genügend Satelliten für eine stabile und hochpräzise Positionierung vorhanden sind.

3. BeiDou

BEIDOU ist ein chinesisches Satellitennavigationssystem, das aus drei verschiedenen Satellitenkonstellationen besteht: BeiDou-1, BeiDou-2 und BeiDou-3.

BeiDou-1

Das experimentelle BeiDou-Satellitennavigationssystem (BeiDou-1) wurde im Jahr 2000 mit nur drei Satelliten mit begrenzten Navigations- und Abdeckungsfähigkeiten aufgebaut. Es wurde hauptsächlich in China und den angrenzenden Regionen eingesetzt und Ende 2012 eingestellt.

BeiDou-2

BeiDou-2 (COMPASS) ist die zweite Generation des Systems, das im Dezember 2011 mit einer Teilnutzung von 10 Satelliten in Betrieb genommen wurde. Seit 2012 bedient das System Kunden im asiatisch-pazifischen Raum.

BeiDou-3

Das System der 3. Generation mit der Bezeichnung BeiDou-3 wurde 2015 mit dem Ziel einer globalen Abdeckung in Betrieb genommen. Der Einsatz wurde 2020 abgeschlossen und ermöglichte die Nutzung von Such- und Rettungstranspondern für das System.

4. Galileo

GALILEO ist das europäische GNSS-System, das auf Kompatibilität mit GPS und GLONASS ausgelegt ist und im Dezember 2016 seinen Dienst aufnahm.

Die Empfänger des Systems verwenden das "GALILEO-Referenzsystem", um die Satellitenposition durch Anwendung von Triangulationsprinzipien zu verfolgen.

Insgesamt besteht das Galileo-System aus drei Hauptbestandteilen, nämlich dem Weltraum, dem Boden und dem Nutzer.

• Das Raumsegment dient der Erzeugung und Übertragung von Code- und Trägerphasensignalen innerhalb der Galileo-Signalstruktur sowie der Speicherung und Weiterleitung der vom Bodensegment gesendeten Navigationsdaten.

• Das Bodensegment steuert die gesamte Konstellation einschließlich der Navigations- und Verbreitungsdienste. Die wichtigsten Teile des Bodensegments sind:
• Zwei Bodenkontrollzentren (GCC)
• A Telemetrie-Netz
• Verfolgungs- und Kontrollstationen (TT&C)
• Netz von Missions-Uplink-Stationen (ULS)
• Netz von Galileo-Sensor-Stationen (GSS)
• Das Nutzersegment besteht aus GALILEO-Empfängern, deren Hauptzweck die Verfolgung der Koordinaten von Satellitenkonstellationen und die Bereitstellung von Zeitmessdiensten ist. Zu diesem Zweck empfangen sie GALILEO-Signale, messen die Pseudoentfernung und stellen Navigationsgleichungen auf.

5. GLONASS

GLONASS ist die russische Version von GPS, deren Entwicklung 1976 in der Sowjetunion begann. Seit der Einführung gab es insgesamt 5 Versionen:

1. GLONASS (1982)
2. GLONASS-M (2003)
3. GLONASS-K (2011)
4. GLONASS-K2 (2015)
5. GLONASS-KM (2025 - derzeit in der Forschungsphase)

Assisted GLONASS (A-GLONASS) verfügt über die gleichen Grundfunktionen mit zusätzlichen Merkmalen speziell für Smartphones. Turn-by-Turn-Navigation und Echtzeit-Verkehrsdaten sind Beispiele für den zusätzlichen Nutzen, der mit A-GLONASS zur Verfügung steht, und hängen stark von Mobilfunkmasten ab, um den Standort schnell und präzise zu bestimmen .

Was ist der Unterschied zwischen GLONASS und GPS GNSS?

Das US-amerikanische GPS-Netz nutzt 31 Satelliten, während GLONASS über 24 Satelliten verfügt. Das US-GPS-System ist etwas genauer als GLONASS und arbeitet mit einer niedrigeren Frequenz. Das bedeutet, dass GPS den Nutzern ein stärkeres Netz bietet und keine größeren Zugeständnisse an GLONASS macht. Aufgrund der größeren Netzstärke wird GLONASS im Allgemeinen als Ersatz für GPS verwendet, wenn die Signale ausfallen.