European Geostationary Navigation Overlay Service

European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) ist das europäische satellitengestützte Erweiterungssystem (Satellite Based Augmentation System, SBAS) für globale Satellitennavigationssysteme (GNSS). EGNOS verbessert innerhalb seines festgelegten Dienstgebiets die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der satellitengestützten Positionsbestimmung und stellt Informationen zur Integrität der verwendeten GNSS-Signale bereit.

EGNOS verarbeitet Messungen eines Netzes von Bodenstationen und übermittelt Korrekturen sowie Integritätsinformationen über geostationäre Satelliten. Die Übertragung erfolgt nach dem internationalen SBAS-Standard. Der direkte Empfang des EGNOS-Signals über einen geostationären Satelliten erfordert eine ausreichende Sicht in Richtung dieses Satelliten; in Mitteleuropa stehen die geostationären Satelliten relativ niedrig über dem Südhorizont. Neben Daten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit informiert EGNOS auch über die Integrität des GNSS: Innerhalb von 6 Sekunden erfahren die Nutzer des Safety-of-Life-Dienstes, wenn die Positionierungssysteme falsche Daten ausstrahlen oder der Empfang stark gestört ist. Der Safety-of-Life-Dienst kommt zum Einsatz, wenn korrekte Positionsangaben lebenswichtig sind, wie zum Beispiel im Flugverkehr.

Hintergrund

Nach der Abschaltung von Selective Availability für das zivile GPS-Signal im Jahr 2000 verringerte sich eine absichtlich eingebrachte Fehlerkomponente. Für die Positionsbestimmung mit globalen Satellitennavigationssystemen (GNSS) bleiben jedoch unter anderem Fehler der Satellitenbahnen und -uhren, Laufzeitverzögerungen in Ionosphäre und Troposphäre, Mehrwegeausbreitung sowie Empfängerfehler relevant.

Bei Einfrequenzempfängern kann insbesondere die ionosphärische Laufzeitverzögerung einen wesentlichen Anteil am Positionsfehler haben. Die Verzögerung ist von der Elektronendichte entlang des Signalwegs und damit vom Zustand der Ionosphäre abhängig. Sie kann aus den Messungen eines Einfreqenzempfängers nicht unmittelbar bestimmt werden. Zweifrequenzempfänger können den frequenzabhängigen ionosphärischen Anteil dagegen näherungsweise aus Messungen auf zwei Trägerfrequenzen ableiten; Restfehler bleiben jedoch bestehen.

EGNOS ist ein europäisches satellitengestütztes Erweiterungssystem (Satellite-Based Augmentation System, SBAS), das Satellitennavigationssysteme durch Korrektur- und Integritätsinformationen ergänzt. Dazu verarbeitet das System Messungen eines Netzes von Referenzstationen. Aus diesen werden satellitenbezogene Korrekturen für Uhren- und Bahndaten sowie Modelle der ionosphärischen Laufzeitverzögerung mit zugehörigen Unsicherheits- und Integritätsparametern abgeleitet. Die Informationen werden in standardisierten SBAS-Nachrichten über geostationäre Satellitennutzlasten ausgestrahlt.

Im Unterschied zu lokalen differenziellen GNSS-Verfahren, bei denen Korrekturdaten einer einzelnen Referenzstation oder eines regionalen Netzes verwendet werden, ist EGNOS als großräumiges Erweiterungssystem für ein festgelegtes Dienstgebiet ausgelegt. Geeignete Empfänger verarbeiten die SBAS-Nachrichten, um die satellitenbezogenen Korrekturen auf ihre Messungen anzuwenden. Aus den Korrektur-, Unsicherheits- und Integritätsinformationen können sie außerdem Schutzpegel für die Positionslösung berechnen. Bei sicherheitskritischen Anwendungen werden diese Schutzpegel mit anwendungsabhängigen Alarmgrenzen verglichen.

Systemaufbau

EGNOS-Bodenstationen

40 Referenzstationen (Ranging and Integrity Monitoring Station, RIMS) in Europa, Nordafrika und dem Nahen Osten^[1] empfangen die Signale der GPS-, GLONASS- und Galileo-Satelliten. Da die Stationen typischerweise viel weiter voneinander entfernt sind als die Ionosphäre hoch ist, müssen sie, um die Ionosphäre flächendeckend zu erfassen, die Satelliten bis dicht über dem Horizont empfangen. Um dabei störenden Mehrwegempfang durch Reflexionen am Boden zu unterdrücken, werden spezielle Choke-Ring-Antennen verwendet.^[2]^[3]

Aus den Daten der RIMS berechnen zwei redundante Kontrollzentren (Master Control Center, MCC) bei Madrid und Rom sowohl Korrekturen der Satellitenpositionen als auch aktuelle Karten der Elektronendichte der Ionosphäre zur Laufzeitkorrektur.

Sechs Up-Link-Stationen (Navigation Land Earth Station, NLES), je zwei redundante pro Satellitenorbit, senden die Korrekturdaten zur flächendeckenden Verteilung an die geostationären Satelliten.

EGNOS-Satelliten

Aktuell in Betrieb stehende Transponder

Folgende geostationäre Satelliten strahlen bzw. strahlten das EGNOS-Korrektursignal aus:

Weitere Informationen EGNOS-Betrieb, PRN ...

EGNOS-Betrieb	PRN	ID	Signale	Orbitposition	Satellit	Bemerkung
In Betrieb	121		L1, L5	5° West	Eutelsat 5 West B	gestartet am 9. Oktober 2019, EGNOS-Betrieb ab Ende September 2023
Testmodus	123	36	L1, L5	23,5° Ost	Astra 5B	gestartet am 22. März 2014, EGNOS-Betrieb seit 11. Dezember 2014
In Betrieb	136	49	L1, L5	5,0° Ost	SES-5	gestartet am 9. Juli 2012, EGNOS-Betrieb seit 13. August 2015^[4]

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Neben dem seit 2006 ausgestrahlten regulären EGNOS-Signal ist das EGNOS-Signal von einem der Satelliten nur für Testzwecke vorgesehen (EGNOS System Test Bed (ESTB)).

Damit einfache GNSS-Empfänger keine weitere Empfangseinheit benötigen, versenden die geostationären Satelliten die Korrekturdaten auf der GPS L1-Frequenz. Zur Trennung mittels CDMA werden C/A-Codes ab PRN 120 verwendet, reguläre GPS-Satelliten benutzen den Kennungsbereich von 1 bis 32.

Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit sollten bei Vermessungs- oder Navigationsarbeiten Wege so gewählt werden, dass am Startpunkt für längere Zeit Sichtverbindung zu mindestens einem EGNOS-Satelliten besteht und Gebiete mit vollständiger Abschattung gemieden oder zügig durchquert werden.

Außer Betrieb stehende Transponder

In der Vergangenheit wurde auch ein Signal über die Satelliten Inmarsat-3 F2 (PRN 120)^[5], ARTEMIS (PRN 124; ID 37) und Inmarsat-4 F2 (PRN 126; ID 39)^[6] gesendet.

Verteilung der EGNOS-Korrekturdaten über Internet

Da die geostationären Satelliten in Europa nicht hoch am Himmel stehen und deshalb vor allem für mobile Nutzer in Städten ihre Signale schlecht zu empfangen sind, werden die Daten auch zeitnah über das Internet verteilt.^[7]

Alle versendeten Datensätze werden archiviert und sind frei per FTP verfügbar.^[8] Das erlaubt die nachträgliche Korrektur (Postprocessing) von GNSS-Positionen (falls GNSS-Rohdaten aufgezeichnet wurden) und erleichtert die Anwendungsentwicklung.

Die auf diese Weise kostenlos verteilten Korrekturdaten haben eine nur geringe Datenrate. Die sehr viel umfangreicheren Rohdaten aller RIMS sind kostenpflichtig über einen Zugangspunkt erhältlich.^[9] Sie erlauben eine genauere Korrektur, insbesondere in den Umgebungen der RIMS, und haben eine garantierte Verfügbarkeit.

EGNOS-kompatible GNSS-Empfänger

Viele GNSS-Empfänger unterstützen den Empfang des EGNOS-Korrektursignals über die EGNOS-Satelliten und können die EGNOS-Korrekturdaten verarbeiten. Hochwertige GNSS-Empfänger erlauben bei fehlender Sichtverbindung zu einem EGNOS-Satelliten den Empfang der EGNOS-Korrekturdaten über den Mobilfunk aus dem Internet. Die Nutzung des EGNOS-Dienstes Open Service ist kostenlos.

Als Designspezifikation liegt dem zu Grunde, dass sich 99 % der bestimmten Positionen innerhalb eines Kreises mit 40 Metern Radius um die wahre Position befinden. Falls diese Genauigkeit auf Grund von Systemanomalien nicht mehr garantiert werden kann, erfolgt innerhalb von sechs Sekunden eine Warnung.^[10]

EGNOS-Versionen

EGNOS v2

Der EGNOS Open Service ist seit Oktober 2009 verfügbar. Der Safety-of-Life-Service wurde 2011 für den operativen Einsatz in der zivilen Luftfahrt bereitgestellt und vom Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung (BAF) für den Einsatz im deutschen Luftraum zugelassen. EGNOS v2 erweitert im gegenwärtigen Dienststand insbesondere GPS-basierte Positionslösungen durch SBAS-Korrektur- und Integritätsinformationen.

EGNOS v3

EGNOS v3 ist die geplante Weiterentwicklung des Systems. Sie soll unter anderem die Unterstützung von Galileo sowie von Zweifrequenz- und Mehrkonstellationsempfängern ermöglichen. Zeitpunkt, stufenweise Einführung und endgültiger Leistungsumfang hängen vom jeweiligen Entwicklungs- und Betriebsstand ab und sind anhand aktueller offizieller Unterlagen zu belegen.

Organisation und Betrieb

EGNOS wurde von der Europäischen Union, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Eurocontrol vorbereitet und entwickelt. Die Europäische Union ist für das Programm verantwortlich; die ESA wirkt insbesondere an der technischen Entwicklung und Weiterentwicklung mit. Betrieb, Dienstbereitstellung und weitere Aufgaben werden im Rahmen von Verträgen der zuständigen EU-Organisationen wahrgenommen.

Die jeweils aktuelle Aufgabenverteilung zwischen Europäischer Kommission, EUSPA, ESA und Dienstleistern sollte mit aktuellen offiziellen Quellen belegt werden.

Literatur

Javier Ventura-Traveset, Didier Flament (Hrsg.): EGNOS: The European Geostationary Navigation Overlay System – A cornerstone of Galileo. ESA Publications Division, Noordwijk 2006, ISBN 92-9092-453-5 (englisch).

Weblinks

Commons: European Geostationary Navigation Overlay Service – Sammlung von Bildern

EGNOS-Portalseite der Agentur für das Weltraumprogramm der Europäischen Union (engl. European Agency for the Space Programme) EUSPA
EGNOS Open Service Service Definition Document (SDD)
EGNOS Infoseiten der ESA (auf dem Stand von 2011)

Erfolgte Starts:	COS-B (1975) • GEOS 1 und 2 (1977, 1978) • OTS-1 und -2 (1977, 1978) • ISEE 2 (1977) • IUE (1978) • Marecs A und B (1981, 1984) • Exosat (1983) • ECS (1983–1988) • Giotto (1985) • Olympus (1989) • Hipparcos (1989) • Hubble (1990) • Ulysses (1990) • ERS 1 und 2 (1991, 1995) • EURECA (1992) • ISO (1995) • SOHO (1995) • EGNOS (1996–2014) • Huygens (1997) • XMM-Newton (1999) • Cluster (2000) • Artemis (2001) • Proba-1 (2001) • Envisat (2002) • Integral (2002) • Mars Express (2003) • Smart-1 (2003) • Double Star (2003) • Rosetta (2004) • CryoSat (2005) • SSETI Express (2005) • Venus Express (2005) • Corot (2006) • MetOp-A, -B und -C (2006, 2012, 2018) • GOCE (2009) • Herschel (2009) • Planck (2009) • Proba-2 (2009) • SMOS (2009) • CryoSat-2 (2010) • Hylas (2010) • Alphasat I-XL (2013) • Proba-V (2013) • Swarm (2013) • Gaia (2013) • Sentinel-1A bis -1D (2014, 2016, 2024, 2025) • Sentinel-2A bis -2C (2015, 2017, 2024) • LISA Pathfinder (2015) • Sentinel-3A/3B (2016, 2018) • ExoMars Trace Gas Orbiter (2016) • Schiaparelli (2016) • Sentinel-5P (2017) • ADM-Aeolus (2018) • BepiColombo (2018) • Cheops (2019) • Solar Orbiter (2020) • Sentinel-6A (2020) • JWST (2021) • Juice (2023) • Euclid (2023) • Proba-V CC (2023) • EarthCARE (2024) • AWS (2024) • Hera (2024) • Proba-3 (2024) • Biomass (2025) • MetOp-SG A1 (2025) • Sentinel-6B (2025) • HydroGNSS (2025) • Smile (2026)
Geplante Starts:	Flex & Sentinel-3C (2026) • MetOp-SG (2026–2040) • Lunar Pathfinder (2026) • Eagle-1 (2026/27) • Plato (2027) • Sentinel CO2M (2027, 2028) • Altius (2028) • ExoMars Rosalind Franklin (2028) • Forum (2028) • Genesis (2028) • Ramses (2028) • RISE (2028) • Sentinel-2D (2028) • Sentinel-3D (2028) • Clearspace-1 (2029) • Comet Interceptor (2029) • Harmony (2029/30) • Arrakihs (2030) • Argonet (2031) • Ariel (2031) • Vigil (2031) • EnVision (2031–2033) • Sentinel-2 NG (2033–?) • Sentinel-3 NG (2033–?) • Sentinel-1 NG (2034-?) • LISA (2035) • Saga (ohne Termin)
Konstellationen von mindestens zehn Satelliten:	Meteosat (seit 1977) • Galileo (seit 2005) • IRIDE (seit 2025) • LEO-PNT (seit 2026) Geplant: IRIS² (ab 2029)