Mehr als 6% der Wirtschaftsleistung der Industrieländer hängt heute von der Satellitennavigation ab - mit zunehmender Tendenz. Gerade Volkswirtschaften wie die deutsche mit starken Automobil-, Energie- und Bankensektoren sind extrem abhängig. Insofern war es konsequent die Europäischen Bemühungen um ein eigenes unabhängiges System, mit dem Namen Galileo, zu unterstützen. Im Augenblick wird die erste Generation in Betrieb genommen. Die Herstellung der Satelliten lag vollständig in deutscher Hand und eines der Kontrollzentren steht in Oberpfaffenhofen. Das Institut unterstützt den Aufbau punktuell durch die Signalverifikation. Die ersten Galileo-Satelliten sind bereits 50% ihrer Lebensdauer in Erdumlaufbahn. Angesichts der langen Entwicklungszyklen ist es schon heute notwendig über Satelliten und System der nächsten Generation(en) nachzudenken. Ein besonderer Schwerpunkt am Institut liegt daneben in der Unterstützung der Nutzung der Satellitennavigation in sicherheitskritischen Anwendungsbereichen.
Signalverifikation
Für die Sonnenmission Helios wurde in den 70er Jahren am DLR-Standort Weilheim eine Antenne mit 30 Metern Durchmesser gebaut. Diese Antenne ist heute ein Glücksfall für die Satellitennavigation, deren Signale im Normalfall tief im Rauschen verborgen und damit einer direkten Analyse nicht zugänglich sind. Die Antenne in Weilheim ist in der Lage schwächste Signale aus dem Rauschen herauszuheben und macht damit eine detaillierte Analyse möglich. Das Institut hat Messverfahren für viele wichtige Signaleigenschaften entwickelt und ist insbesondere in der Lage Signaldeformation sehr genau zu analysieren. Auf diese Möglichkeiten greift die ESA für den Aufbau von Galileo regelmäßig zu und auch die US amerikanische GPS Wing konnte in einer besonders schwierigen Situation unterstützt werden.
Ein genaues Verständnis der schlimmsten Signaldeformationen ist insbesondere für den Einsatz von GPS und Galileo in sicherheitskritischen Anwendungen, wie dem Landen von Flugzeugen, von entscheidender Bedeutung.
Robuste Empfänger
Die extrem schwachen Signale erreichen den Empfänger weder unverfälscht noch alleine. Sie sind vielmehr von Störungen überlagert, die um viele Größenordnung stärker sein können als das gewünschte Satellitensignal. Am Institut wurden entsprechend Empfänger entwickelt, die in der Lage sind Störungen auszublenden, deren Leistung bis zu 10 Größenordnungen höher sein kann, ohne dass die Positionsschätzung dabei leidet. Darüber hinaus sind diese Empfänger auch in der Lage falsche Signale, wie sie bei Reflektionen entstehen oder auch bewusst von Übeltätern eingestreut werden, zu erkennen und zu eliminieren. All dies sind wesentliche Voraussetzungen für besonders kritische Anwendungen. Ionosphären-Monitoring und –Prädiktion
Das Plasma der Ionosphäre beeinflusst die Satellitennavigation erheblich. Die Satellitensignale können in der Ionosphäre in Extremfällen um mehrere zehn Meter verzögert werden. Mit den neuen Signalen von GPS und Galileo lässt sich diese Verzögerung in der Regel schätzen - zumindest dann wenn sich das Aufrüsten auf entsprechende Empfänger lohnt. In allen übrigen Fällen muss der Empfänger auf einen externen Dienst zurückgreifen. Am Institut wurde ein solcher Dienst entwickelt. Er greift auf eine Vielzahl von Messungen am Boden und auf Satelliten zurück. Zurzeit werden am Institut Modelle für die Vorhersage nicht nur der Verzögerungen, sondern auch von Stürmen entwickelt. Letzteres sind Phasen besonders hoher Schwankungen der Ionisation ausgelöst durch Sonnenstürme. In diesen Phasen können einzelne Signale völlig unbrauchbar werden. Die Vorhersagbarkeit dieser Phasen hat einen direkten wirtschaftlichen Nutzen.
Wegbereiter für die nächste Generation – Galileo-Evolution
GPS ist die Blaupause der heutigen Satellitennavigationssysteme und hat sich bewährt. Die Architektur wird sich deshalb in der nächsten und übernächsten Generation nicht grundsätzlich ändern. Die Schwerpunkte der Entwicklung sollten nach unserer Auffassung in der Verbesserung der Eignung für sicherheitskritische Anwendungen, in der Verfügbarkeit hoher Genauigkeiten und in der Reduktion der Betriebskosten liegen. Geeignete Maßnahmen hierfür sind unter anderem ein robusteres Zeitsystem auf den Satelliten, eine Eigenbewertung der Signale durch die Satelliten, Verbindungen zwischen den Satelliten, eventuell Zweiwegemessungen zum Boden und das Aussenden von Parametern die heute in aufwendigen Verfahren geschätzt werden müssen. Letzteres auch in Bezug auf eine verbesserte Kompatibilität mit anderen Systemen. Auch bei den Signalen sind gezielte Korrekturen und Weiterentwicklungen nötig, allerdings muss hier auf die Kompatibilität mit bestehenden Systemen geachtet werden.