Im Jahre 2000 war die vorfristige, wirtschaftlich bedingte Rücknahme der künstlichen Signalverschlechterung (SA) beim "Global Positioning System" (NAVSTAR-GPS) das herausragende Ereignis.

Im Frühjahr des Jahres 2001 überraschte das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen
 mit  der Aussage, daß sich die Bundesrepublik Deutschland bei der Schiffssicherheit nur noch auf GNSS (Global Navigation Satellite System, GPS und/oder GALILEO) stützen werde. Eine Absicherung von GNSS sei nicht erforderlich, als Backup genügten die an Bord vorhandenen Einrichtungen wie z.B. Inertialsysteme, Echolot usw. Diese gefährliche Entscheidung gilt offenbar weiterhin.

Ende September 2001 warnte im Gegensatz dazu das Bundesministerium für Bildung und Forschung vor möglicherweise eingeschränkter Verwendbarkeit von GPS!

Am 26.März 2002, mit 15 Monaten Verzug, fiel die Entscheidung der europäischen Verkehrsminister für den Aufbau von GALILEO.

Am 26. Juni 2004 unterzeichneten die USA und die EU das Abkommen über einheitliche Signalstrukturen bei GPS und GALILEO. Damit schien der Weg für ein echtes Kombisystem geebnet.

Am 28.Dezember 2005 wurde der erste Galileo-Testsatellit (GIOVE-A, Galileo In-Orbit Validation Element) gestartet, am 26. Apr. 2008 folgte GIOVE-B.

Im Oktober 2006 veröffentlichte China Einzelheiten seines geplanten Satelliten-Navigationssystems COMPASS.

Am 18.Sept. 2007 gab das White House bekannt, daß zukünftige GPS-Satelliten nicht mehr die SA-Befähigung besitzen müßten. Dies gilt für die GPS III-Generation, erster Start frühestens 2013. Bereits 1995 auf der Sat.-Nav.-Tagung in Palm Springs bezeichnete Dr. James R. Schlesinger (US Verteidigungsminister 1973 bis 1975) SA als kontraproduktiv.

Am 7. Febr. 2008 wurde in den USA entschieden, LORAN modifiziert als eLORAN zum Schutz der Infrastruktur als Back-Up zu GPS einzurichten. An dieser Entscheidung war der als Vater von GPS bekannte Prof. Brad Parkinson wesentlich beteiligt.

Die Eigenschaften des von aller Welt genutzten GPS sind von außen gesehen ohne Zweifel hervorragend. Seit längerem wird jedoch offen über die Gefahren gesprochen, GPS als einziges Navigationssystem zu verwenden. Sogar Prof. Bradford Parkinson, Vater von GPS, verwies auf der Sat. Nav. Tagung GNSS 07 (Mai 07, Genf) auf die gefährlich einseitige Abhängigkeit vom GPS L1 C/A-Signal. Er forderte dringend, Nutzung und Gerät robuster zu machen. Die US President`s Commission on Critical Infrastructure Protection hatte schon 1997 ausdrücklich auf die Störanfälligkeit von GPS hingewiesen und daß dies offensichtlich von den zivilen Nutzern, im Gegensatz zu den militärischen, immer noch nicht ausreichend zur Kenntnis genommen werde. Auch die Studie des VOLPE Research Center (10.Sept.2001 veröffentlicht) machte deutlich, daß GPS-Backup-Systeme zur Sicherung unabdingbar sind. Die General Lighthouse Authorities (GLA, England) kamen in einer Studie (May 2006) zu der Erkenntnis, daß für die Satelliten-Navigation eine Bedrohung durch Störungen, nicht nur terroristischen oder kriminellen Ursprungs, mit erheblichen ökonomischen und finanziellen Folgen besteht und deshalb ein Backup-Verfahren unabdingbar sei. Statt dessen begibt man sich, alle Warnungen aus Fachkreisen ignorierend, verstärkt in die Abhängigkeit von GPS und es werden national oder international Verfahren/Systeme zur Verwendung an Bord vorgeschrieben bzw. vorgeschlagen, die bei ihrer Anwendung allein auf GPS-Positionen und/oder -Zeittakten basieren. Das Global Maritime Distress and Safety System (GMDSS), Automatic Identification System (AIS), Electronic Chart Diplay and Information System (ECDIS) aber auch die Bahnführung sind auf GPS als sogenanntes Stand-Alone-Verfahren angewiesen. Insbesondere auf den Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen wird die Zeit für notwendige Querschecks immer kürzer. Es wurde bereits auf die Gefahr von GPS unterstützten Strandungen, Kollisionen und auch den Verlust von Menschenleben hingewiesen. Sind doch ähnliche Zusammenhänge aus der Vergangenheit bei der Einführung von Radar oder Autopiloten bekannt, spektakulär waren z.B. die radarbedingte Kollision "Stockholm" / "Andrea Doria", und die GPS/Bahnführungsbedingte Strandung "Royal Majestic" und "Silja Europa".  

Für die staatlichen Verwaltungen besteht die Verpflichtung, auf Gefahren und Mängel hinzuweisen, die für die ganze Gesellschaft aus einer einseitigen Abhängigkeit großer, kritischer Infrastrukturbereiche von ungesicherten Systemen resultieren. Hier sollte auch bedacht werden, daß GPS längst kein reines Navigationssystem mehr ist. Es hängen mit zunehmender Tendenz auch viele zeitkritische Anwendungen von GPS als Zeitbezug ab, wie z.B. Telefon- und Stromversorgungsnetze, Internet, Börsentransaktionen aber auch digitale Rundfunk- und Fernsehsendungen.

Darüber hinaus haben die Verwaltungen dafür zu sorgen, daß sich die Unsicherheiten der benötigten Systeme nicht katastrophal auswirken können.

Die USA reagierte auf die Gefährdung von GPS nach dem 11.Sept.2001 sehr schnell, am 7.März 2002 lag vom DoT ein Aktionsplan zur Absicherung der auf GPS beruhenden Infrastrukturbereiche vor. Aber auch die Defizite von GPS waren Anlaß einer vom US Verteidigungsministerium vergebenen und im Oktober 2005 veröffentlichten Studie „The Future of the Global Positioning System“ des Defence Science Board Task Force. Hingegen zeigen sich die EU ebenso wie die Mitgliedsstaaten weiterhin auf GALILEO fixiert. Auf der European Navigation Conference 2008, Toulouse 22. bis 25. Apr. hörte man von Paul Verhoef, dem EU-Vertreter für Galileo, daß gezielte Störungen der Satelliten-Navigation mittels des jeweiligen Navigationsempfängers zu beseitigen seien. Ein Back-Up gebe es für die EU grundsätzlich nicht. Es könnten jedoch von den einzelnen Verkehrbereichen Complementory Systems definiert werden; die größte Uneinigkeit über ein solches System bestunde im maritimen Bereich. In Deutschland ist es z.Z. politisch nicht opportun das Thema überhaupt anzusprechen; es sei ja noch nichts passiert.  

GPS-Verfahren mit verschieden großen Fehlern

GPS läßt eine kontinuierliche, dreidimensionale Standort- und Geschwindigkeitsbestimmung zu. Das Verfahren bietet zwei Dienste mit unterschiedlichen Eigenschaften. Der sogenannte Precise Positioning Service (PPS), früher P-Code genannt, ist codiert und verschlüsselt. Er steht nur den Streitkräften der USA und ihren Verbündeten zur Verfügung. Der zweite Dienst, Standard Positioning Service (SPS), früher C/A-Code genannt, ist einfacher kodiert, unverschlüsselt und allen Nutzern zugänglich. Aber auch er wurde ursprünglich nur für militärische Zwecke entwickelt, zur Synchronisation (Coarse Acquisition) der Empfänger auf den P-Code.

Seit Oktober 2001 liegen die GPS-Spezifikationen für den Betrieb, nach der am 2.Mai 2000 abgeschaltete Signalverschlechterung (SA), vor. Danach übersteigt der Positionsfehler in 95% (PDOP ≤6) aller Fälle nicht ±13m; vorausgesetzt wird dabei, daß alle mehr als 5° über dem Horizont stehenden Satelliten benutzt werden. Damit ist jetzt auch im zivilen Bereich eine Geschwindigkeitsermittlung möglich. Die SPS-Spezifikationen haben allerdings einen gravierenden Nachteil, das SPS-Signal wird noch nicht ausreichend überwacht, und es können dementsprechend Abweichungen nicht schnell genug korrigiert werden.

Die Wahrscheinlichkeitsangabe, daß 95% aller Positionsermittlungen mit einem Fehler von maximal ±13m behaftet sind, bedeutete nicht, daß bei jeweils 100 Messungen nur 5 eine größere Unsicherheit als ±13m aufweisen. Der Wahrscheinlichkeitsangabe liegt jeweils ein Zeitraum von 24 Stunden (Wiederholung der Satellitengeometrie) zugrunde. Theoretisch könnten also für die Dauer von 72 Minuten (5% von 24 h) Fehler über ±13m auftreten. Über den maximalen Fehler werden nur indirekte Angaben gemacht. Er soll gemittelt über 1 Jahr in 99,79% aller Fälle das sechsfache, d.h. ±78m nicht übersteigen.

GPS befindet sich seit längerer Zeit in einem hervorragenden Zustand, z.Zt. sind 29 bis 31 Satelliten aktiv, garantiert wurden von den USA aber bisher nur 24 mit einem kurzzeitigen Minimum von 22, hierfür gelten auch die SPS-Spezifikationen. Als Folge des augenblicklichen Überangebotes ergeben sich bei der Positionsermittlung sehr viel geringere Fehler (teilweise weit unter ±10m) als erwartet und von den USA zugesagt, es sei denn, es liegt eine Abschattung vor, z.B. in Fjorden oder Häuserschluchten.

Nach dem seit Okt. 2008 vorliegenden Entwurf der an die höhere Satelliten-Zahl angepaßten SPS-Spezifikationen beträgt der Positionsfehler nur noch höchsten ±9m statt der bisherigen ±13m.

Die aktiven Satelliten sind allerdings unterschiedlich ausgestattet, wie ihrer Zugehörigkeit zu den Blöcken: IIA und IIR zu entnehmen ist. So haben die Block IIA-Satelliten (noch 14 in Betrieb) z.B. eine Konstruktionslebensdauer von 7,5 Jahren mit einer erwarteten mittleren Betriebsdauer von 6 Jahren; für die Block IIR-Satelliten (Replacement Satellites, 18 davon 6 IIR-M) lauten die entsprechenden Zahlen 10  und 7,5 Jahre. Für die kommende IIF-Generation sind 12 Jahre Lebensdauer geplant. Aus diesen rechnerischen Lebenserwartungen könnten sich erhebliche Probleme ergeben, denn es tun inzwischen 15 Satelliten mehr als 9 Jahre Dienst, davon: 2 zwischen 9 und 12,  13 über 12 Jahre.

Neben den als kritisch angesehenen Uhren, sind andere funktionsnotwendige Baugruppen (laut Aussage 2nd Space Operation Squadron at Schriever Air Force Base) bei zahlreichen Block IIA-Satelliten nicht gedoppelt, z.B. der Daten-Bus und die Navigations-Einheit. Der Ausfall einer oder beider Einheiten bedeutet unwiederbringlich das Ende der Navigationsfunktion des Satelliten.

Es muß also jederzeit mit überraschenden Ausfällen aus der Menge der "überalterten" Satelliten gerechnet werden.

Als Absicherung des Systems werden Ersatzsatelliten vorgehalten, ihre Zahl schwankt je nach Nachrichtenquelle. Aber es genügt nicht, Satelliten zu lagern, sie müssen auch gestartet und in Betrieb genommen werden. Bei dem zuletzt gestarteten Block IIR-Satelliten (M6, 15.März.08) lagen zwischen Start und Betriebsaufnahme im Orbit nur noch 9 Tage. Angaben über die maximale Startfolge liegen nicht vor, schließlich benötigt jeder Satellit eine gesonderte Transportrakete.

Es sind aufgrund der vorstehenden Tatbestände einige Unsicherheiten des Global Positioning Systems unverkennbar. Wobei nicht darauf vertraut werden kann, daß das Militär ja ein funktionsfähiges System benötigt. GPS enthält die Möglichkeit, seine Funktionsfähigkeit durch Verschieben von Satelliten für ein Krisengebiet zu optimieren, allerdings unter Genauigkeitsverlusten für andere Gebiete. Hinzu kommen die bisher unbekannten, in der Studie des Defence Science Board aufgezeigten, erschreckenden Mängel bei Entscheidungen, Finanzierung  und Pflege des Systems. Hier liegt offenbar auch die Ursache für die häufig widersprüchlichen Aussagen zu GPS.

Volle Betriebsbereitschaft 1995

Die Entwicklung des Satelliten-Navigationsverfahrens GPS-NAVSTAR begann in den 70er Jahren. Es wurde allein für die Sicherheitsbelange der USA aufgebaut. Die Voraussetzung der vollen, militärischen Betriebsbereitschaft war am 27.April 1995 erreicht. Das DoT erklärte NAVSTAR-GPS am 17.Juli 1995 für voll verwendungsfähig (Full Operational Capability, FOC).

 

Bereits am 8.Dezember 1993 erklärte der US Verteidigungsminister (DoD) gegenüber dem US Verkehrsminister (DoT) die sogenannte Initial Operational Capability (IOC); es waren 24 Satelliten (21 plus 3 Reservesatelliten), Block I und II, in Betrieb. Am 23.März 1994 gab der US Verkehrsminister für zivile Anwender GPS als betriebsklar und den Vorgaben der SPS-Definition entsprechend frei. Der Betreiber des Verfahrens unterwarf sich damit einer Informationsverpflichtung über den jeweiligen Verfahrenszustand. Die offizielle Freigabeerklärung im Federal Register, dem Amtsblatt der USA, enthält hierzu Einzelheiten. Sie wurden später mehrfach ergänzt.

Ungewißheiten bei ziviler GPS-Anwendung

Der Tatbestand, daß das GPS-Verfahren vorrangig für die Sicherheitsbelange der USA, d.h. für militärische Zwecke, entwickelt und aufgebaut wurde, darf nie außeracht gelassen werden. Es enthält dementsprechend Möglichkeiten, den Zugang und die Anwendung seitens nicht autorisierter Nutzer, zu denen auch die zivilen Anwender gehören, zu erschweren oder gar zu verhindern. Es wird wohl auch zukünftig ohne SA-Befähigung mit Möglichkeiten zur Anwendungsbeschränkung im Konfliktfall zu rechnen sein. Eine globale Beschränkung, wie sie vormals SA darstellte, ist jedoch nicht mehr zu erwarten. Die Verwendungseinschränkungen werden auf das jeweilige Konfliktgebiet begrenzen sein. Derartige Veränderungen der Positionsunsicherheit lassen sich nur erkennen, wenn ein mindestens ebenso genaues, unabhängiges Vergleichsverfahren eingesetzt wird.

Während der Kosovo-Krise wurden z.B. Teile der sonst frei zugänglichen Informationen für zivile Nutzer gesperrt. Auswirkungen auf die normale Navigation gab es aber nicht. Während des Irak-Krieges kam es zu örtlich begrenzten Verwendungseinschränkungen.

GPS Modernisierung

Bereits 1995 begannen Bemühungen, das militärische Potential von PPS zu erhöhen, der Systementwurf ist schließlich über 30 Jahre alt.

Das Ende einer längeren Diskussion war am 28.März 1996 die Richtlinie des US Präsidenten (Presidental Decision Directive, PDD) für die zukünftige Handhabung und Nutzung von GPS und seiner von den US-Verwaltungen bereitgestellten Ergänzungen. Sie wurde am 15.Dezember 2004 durch eine neue Richtlinie zur Politik der satellitengestützten Einrichtungen zur Verwendung von Position und Zeit ersetzt. Die Dreiteilung politische Ziele, politische Richtlinie, Verantwortung der Ministerien ist geblieben, es wurde aber eine Verstärkung der Sicherheitsgesichtspunkte und eine Verschärfung der Richtlinien für den Export sensibler Techniken vorgenommen:

1)      GPS-SPS wird weiterhin kostenlos, kontinuierlich, weltweit für friedliche Verwendung zur Verfügung gestellt.

2)      GPS und die staatlicherseits vorgenommenen Ergänzungen (DGPS, LAAS, WAAS) bleiben in der Entscheidungsverantwortung der National Command Authorities (Präsident, Verteidigungsminister, Oberster Stabschef).

4)      Es wird ein ständiger Ausschuß unter wechselnder Leitung DoD und DoT eingerichtet (National Space-Based Positioning, Navigation, and Timing Executive Committee)

5)       Die fremden Systeme und Ergänzungen sind in ihren möglichen Wirkungen auf die Sicherheit der USA zu analysieren.

6)      Die Verantwortung für GPS und die Ergänzungssysteme wird aufgeteilt auf die Ministerien für:

Verteidigung:  Entwicklung (auch Zusatzlasten für globale SAR-Zwecke und Backup-Systeme), Betrieb von GPS, Fragen der mil. Nutzung,

Verkehr:  Fragen der zivilen Nutzung, Entwicklung, Betrieb von Ergänzungssystemen für zivile Infrastruktur,

Handel:  Fragen der Frequenz-Sicherung und -Beschaffung,

Äußeres:  Verbreitung von GPS als internationales Standard-Navigationverfahren zur Vermeidung von Gefahren für die US Wirtschaft,

Nationale Sicherheit:  Fragen der Nutzung für Innere Sicherheit, Abwehr gefährlicher Nutzungen und Störungen im Inland.

 

Am 1.Mai 2000 wurde das vorzeitige Abschalten von SA in einer Pressekonferenz des Weißen Hauses veröffentlicht. Dort wurde auf Befragen aber bestätigt, daß DGPS weiterhin notwendig sei. Jedoch verweigerte der Vertreter des Verteidigungsministeriums Auskünfte über Einzelheiten der Störung bzw. Einschränkung der GPS-Nutzung zu Konfliktzeiten und in Konfliktzonen. Mit einer Sondermaschine sandte der US Präsident Mr. GOLDIN (Chef der NASA) am 2.Mai zur internationalen Satelliten-Navigationstagung GNSS 2000 nach Edinburgh, um bekannt zu geben, daß SA in der Nacht abgeschaltet worden sei.

Gründe des vorzeitigen Abschaltens waren die US GPS-Frequenzwünsche für die bevorstehende World Radiocommunication Conf. 2000 (WRC-2000) und das geplante europäische Satellitensystem GALILEO; den Termin der Bekanntgabe bestimmte die GNSS-Tagung mit über 500 Teilnehmern (optimale Öffentlichkeit!).

Mit dem Abschalten von SA verminderte sich zwar der Positionsfehler auf ca. 10% des bisherigen, an den fundamentalen Einschränkungen von GPS änderte sich jedoch nichts. Für sicherheitskritische Anwendungen, bei denen unentdeckte Systemfehler sofort zu schwersten Risiken führen, ist GPS allein weiterhin nicht geeignet (z.B. Durchsteuern Kadetrinne, auch die Empfehlung des Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, hierbei zugelassene ECDIS-Anlagen einzusetzen verbessert die Situation nicht). Die im Auftrag einer US Presidential Decision Directive erstellte VOLPE-Studie (10.Sept.01 veröffentl.) über die Verwundbarkeit der auf GPS beruhenden nationalen Verkehrsinfrastruktur fordert für alle sicherheitskritische Anwendungen die Entwicklung und Einführung geeigneter GPS-Stütz- bzw. GPS-Backup-Systeme.

Die Weiterentwicklung des Precise Positioning Service, PPS, verteilt sich etwa gleich auf Steigerung der Leistungsfähigkeit und Erhöhung der Störfestigkeit.

Die Satelliten-Software wurde geändert, es wurden bislang freie Plätze des Datentelegramms der Satelliten belegt.

Auch die Anzahl der anfangs 5 GPS-Monitorstationen wurde erhöht. Stationen der National Imagery and Mapping Agency erhielten GPS-Monitorausstattung. NIMA vormals Defence Mapping Agency (DMA) erhielt als Folge des 11.Sept. zusätzliche Aufgaben und einen neuen Namen „National Geospatial-Intelligence Agency“ (NGA) und wurde vom Departm. of Defence ins Departm. of Homeland eingegliedert. Der NGA untersteht auch die Master-Station des GPS Jamming Location System (JLOC). Die dort gesammelten, aktuellen Daten über GPS-Störungen, werden in der Master Station auf aktuelle Einflüsse für die militärischen und zivilen Verwendungsbereiche von GPS analysiert und notwendige Abwehrmaßnahmen veranlaßt. Mit den zugeschalteten NIMA-Stationen stehen jetzt 13 GPS-Monitorstationen zur Verfügung. Bei 31 Satelliten ließe sich jeder von jeweils 2 Stationen beobachten. Es lassen sich jetzt laufend Bahn-, Zeit- und Gesundheitsdaten der Satelliten ermitteln und damit die Navigation Message der Master Control Station (MCS) für jeden einzelnen Satelliten schneller aktualisieren. Jeder Satellit hat jetzt außerdem die Bahndatenkorrekturen für alle anderen. Lediglich nach dem Satelliten mit der jüngsten Aufdatierung muß gesucht werden, um für alle Satelliten die aktuellsten Korrekturen zu erhalten. Um den Suchvorgang zu beschleunigen, wurde die Kanalzahl bei den mil. Anlagen erhöht. Mit dieser Maßnahme verbleibt ein Positionsfehler in der Größenordnung von schätzungsweise ±1..1,5m(SEP). Eine zweite MCS  wurde in Gaithersbury, Maryland fertig gestellt und übernahm im Oktober 2007 die Kontrolle und den Betrieb der GPS-Satelliten.

Mit dieser MCS und der gestiegenen Zahl der Monitorstationen dürfte sich hoffentlich auch für zivile Anwender die Warnzeit bei Satelliten-Störungen verkürzen. Bisher ergab sich leider kein entsprechender Gewinn. Das zivile Signal wird nicht umfassend überwacht, obwohl dies eigentlich eine unabdingbare Voraussetzung für die Einhaltung der SPS-Spezifikationen sein müßte aber auch für  die US-Bestrebung (PDD 1996), GPS weltweit als Standard Navigationssystem anerkannt zu bekommen. Das Überwachungsnetz für das zivile Signal wird frühestens 2009 betriebsbreit sein. Private, seit 2003 für authorisierte Nutzer zugängliche Beobachtungsnetze, wie z.B. von der NASA, JPL oder Aerospace Corp, die nach weniger als 4 s gesicherte Alarme bei Signalmängeln auslösen, werden vom MCS nicht genutzt. Zivile Anwender müssen daher aus technischen Gründen weiterhin damit rechnen, erst 2h (GLONASS ≥6h) nach Auftreten eines Satellitenfehlers darüber sicher informiert zu sein. So trat beim GPS-Satelliten PRN 22 am 22. Juli 2001 ein empfängerseitig nicht erkennbarer Uhrenfehler auf. Er wurde zwar von der WAAS-Kontrollstation sofort erkannt, aber für die GPS Master Control Station stand der Satellit für Kontrollmessungen und notwendige Steuerungsmaßnahmen schon zu tief. Erst nach 111 Minuten konnte der Satellit als fehlerhaft markiert werden. Während der knapp 2 Stunden erzeugte er örtlich bis zu 300km Positionsfehler. Daß eine derartige Störung kein Einzelfall ist, zeigte sich am 1.Jan.2004. Bei dem Satelliten PRN 23 trat um 18:33 Uhr (UTC) ebenfalls ein Uhrenfehler auf. Die von heutigen Sportbootanlagen nicht erkennbare Störung endete um ca. 22 Uhr, als die Bodenkontrolle wieder Zugriff auf den Satelliten hatte und ihn als unbrauchbar markieren konnte. Messungen in Kiel ergaben in 95% aller Fälle einen Positionsfehler von ±4,6 sm. In den restlichen 5% erreichte der Fehler bis zu 22 sm. Dieser Uhrenfehler hatte nach offizieller Mitteilung der USA Auswirkungen auf die Nutzer in großen Teilen Europas, Afrika, Asien, Australien und dem äußersten Norden Nordamerikas.

Derartige Störungen können sich jederzeit wiederholen; lediglich ihre Dauer wird abnehmen.

Die Entscheidung der IGEB für die Modernisierung des Standard Positioning Service, SPS, fiel am 27.März 1998. Es wird ein zweites Signal (L2C) auf der GPS-Frequenz L2/1227,60MHz eingefügt. Darüber hinaus sprach man sich für ein drittes Signal L5 aus. Für L5 ist 1176,45MHz als Frequenz vorgesehen. Dieses Signal ist für Nutzer mit höchsten Genauigkeitsansprüchen gedacht. Für die normale Navigation wird es keine Rolle spielen.

Die angestrebte volle Verfügbarkeit des 2. Signals ab 2008 war unrealistisch. Es wird  aus folgenden Gründen nicht vor 2016 mit der vollen Verfügbarkeit zu rechnen sein:

1)       Von der Satelliten-Generation IIR (bisher 18 im Orbit) werden 8 modifiziert (M-Code, L2C). Inzwischen sind sechs modifizierte Satelliten IIR in Betrieb, der letzte seit dem 24.März 2008. Sie sind zusätzlich mit dem Signal L5 versehen. Wegen fehlender Software können die neuen Signale jedoch noch nicht überwacht werden. Bis zur vollen Einsatzfähigkeit wird es noch etwas dauern.

2)       Für die folgende Satelliten-Generation IIF (M-Code, L2C, und 3. zivilem Signal L5, außerdem mehr Speicherplatz und schnellere Prozessoren) sollen 19 beschafft werden. Die Testphase läuft und ein erster Start ist für 2009 geplant.

3)      Das DoD ist an zusätzlichen, zivilen Signalen nicht interessiert, es arbeitet im Gegenteil daran, sich von der Synchronisation über den C/A Code freizumachen. Es benötigt seine Haushaltsmittel für die Sicherung der Störfestigkeit. Die Kosten der zivil genutzten Anteile müssen von anderen aufgebracht werden.

4)         Dem DoD wurde auch  der spezielle Haushaltstitel “GPS“ gestrichen. GPS-Aufwendungen müssen aus einem Gemeinschaftstitel, der alle mil. Weltraumaktivitäten enthält, bezahlt werden. Hinzukommen unklare Zuständigkeiten bei den Entscheidungen.

5)         Es wird z.Z. die GPS III-Generation definiert, ohne SA-Befähigung aber mit 4. zivilem Signal (L1C). Der erste Start ist für frühesten 2013 vorgesehen und 2021 sollen 24 Satelliten in Betrieb sein. Mit dieser GPS-Generation muß GALILEO sich messen, nicht mit dem jetzigen Zustand.

 

Die dritte GPS-Frequenz 1176,45MHz (L5 Signal), aber auch die Frequenzen für das europäische Satelliten-System GALILEO, wurden auf der WRC, Mai 2000 vorgemerkt. L5 muß zur Aufrechterhaltung des Anspruches spätestens bis Aug 2009 von einem Satelliten (IIR-M7? Start 24 März 09?) zu empfangen sein. Die von China vorgesehene Frequenznutzung war auf der WRC 2007 (Okt./Nov., Genf) zu verhandeln. Es werden dieselben Frequenzen für das chinesische System COMPASS gefordert, die auch von GPS (M-Code, L1 und L2) und GALILEO (PRS) verwendet werden.

Unabhängig von den vorstehenden Modifikationen sollen die zukünftigen GPS-Satelliten mit einer Payload für Cospas-Sarsat ausgestattet werden. Dieser Transponder wird das Seenotsignal von 406 MHz in das Distress & Safety-Band L6 (1544-1546 MHz) umsetzen. Hiermit will man die untragbaren Alarmierungszeiten von 70 Minuten und mehr wesentlich vermindern. Seit 2003 fliegen bereits einige IIR-Satelliten mit diesen sogenannten „Proof of Concept“ (POC) Transpondern.

GLONASS eine Alternative?

GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) stellt das von der UdSSR entwickelte, ebenfalls vom Militär betriebene Gegenstück zu GPS dar. Auch bei ihm wird mit zwei Frequenzen und Signalen gearbeitet, wobei wiederum ein Signal dem Militär vorbehalten ist. Allerdings kannte GLONASS zu keiner Zeit eine Verschlechterung (SA vergleichbar) des zivil nutzbaren Signals. Es war von Anbeginn mit einem kleinen Fehler behaftet, ca. ±30m, und es konnte daher auch immer zur Geschwindigkeitsbestimmung eingesetzt werden. 24 Satelliten bilden das vollständige System. Sie waren erstmals am 18.Januar 1996 in Betrieb; es erfolgte die Erklärung der vollen Betriebsbereitschaft (FOC). Das System wurde aber in der Folgezeit nicht sehr gut gepflegt, die Zahl von 24 Satelliten konnte nicht aufrecht erhalten werden, es wurden zudem nicht alle Systemmängel offengelegt. Bereits nach einem halben Jahr waren nicht mehr 24 Satelliten betriebsbereit, womit letztlich FOC nicht mehr vorlag. Inzwischen wird GLONASS revitalisiert, es sind wieder 17 Satelliten in Betrieb (letzter Start 25.12.08, 3 M-Sat.). Die neuen M-Satelliten sollen u.a. eine längere Lebensdauer (7 Jahre) aufweisen. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist die Verwendung von GLONASS allein wohl noch nicht zu verantworten. Die Zukunft des Systems ist jetzt etwas klarer. Schon Präsident Jelzin öffnete am 18.Febr.1999 mit einer Anordnung GLONASS für ausländische Finanzierung, um es zur Basis eines internationalen Satelliten-Navigationssystems werden zu lassen (am 10.Febr.1999 gab es die EU-Erklärung zur Entwicklung des Satelliten-Systems GALILEO). Es bleibt allerdings abzuwarten, ob die Ankündigung vom 06.Nov.2002 erfüllt wird, daß zukünftig jährlich 2 bis 3 Start mit jeweils 2 oder 3 Satelliten erfolgen sollen. Bis Ende 2008 war dies nicht der Fall. Präsident Putin drängte erfolglos darauf, daß 2007 wieder 24 Satelliten verfügbar sein sollten. Am 5.Jan. 2007 hob der russische Verteidigungsminister  Restriktionen auf. Es verschob sich aber der Termin der weltweiten Nutzbarkeit von GLONASS auf Ende 2010, am Geld (Öl-, Gasexporte) allein kann es nicht liegen.

Mit Indien wurde ein Abkommen geschlossen über den Start von M-Satelliten mit der indischen PSL V-Rakete,  den Bau der Satelliten sowie der Entwicklung der nächsten Satelliten-Generation (K-Sat., vorgesehene Betriebsdauer 10 Jahre).

Die Lebensdauer der GLONASS-Satelliten, vermutlich bedingt durch die begrenzte Nutzbarkeit der Atomuhren, ist bislang unbefriedigend, schon über 80 Satelliten wurden zu Elektronikschrott.

Zusammen mit den USA arbeitet eine Arbeitsgruppe daran die Interoperabilität und Compatibilität von GPS und GLONASS herzustellen.

Auswirkungen auf andere Navigationssysteme

Die Betriebsaufnahme von GPS-NAVSTAR blieb nicht ohne Einfluß auf die bisherigen Verfahren.

Es wurden abgeschaltet:

TRANSIT/NNSS                     am 31.Dezember 1996         (Alter 32 J.)

DECCA (Norwegen)                am 28.Februar 1997

OMEGA                                   am 30.September 1997

DECCA (Festland)                   am 31.Dezember 1999

DECCA (Engl.,Irl)                    am 31.März 2000                (Alter 55 J.)

Geblieben ist nur LORAN-C, das aus Sicherheitsgründen insbesondere unter den Bedrohungen durch Terrorismus auch dringend erhalten bleiben sollte, ohne es jedoch in der Form zu benutzen, wie vor mehr als 15 Jahren sondern modifiziert als ENHANCED LORAN.

Heute liegt die hohe LORAN-Bedeutung in der Kombination mit GNSS.

Die terrestrischen Navigationshilfen, wie Tonnen und Leuchtfeuer, wurden und werden teilweise aber auch erheblich vermindert.

LORAN-C: Intensive Nutzung in den USA

Ende 1994 endete für die USA generell die militärische Nutzung von LORAN-C. In den USA wurde infolge der vollständigen Abdeckung des Landes und der angrenzenden Seegebiete LORAN-C intensiv sowohl in der Luftfahrt als auch im Landverkehr genutzt. Nach dem Federal Radionavigation Plan 1994 sollte LORAN-C 2000 abgeschaltet werden, da GPS alle Aufgaben erfüllen könne. Besonders folgenreich war, daß die Industrie die Weiterentwicklung von LORAN-C-Anlagen daraufhin einstellte. Ein von Luftfahrtinstitutionen (FAA, AOPA und JATA) an die APL John Hopkins Univ. gegebener Studienauftrag "GPS as Stand Alone System" ergab, daß GPS aus Sicherheitsgründen, zumindest in der Luftfahrt, als einziges Navigationsmittel (sole mean) ohne Stützung (z.B. Differentialverfahren, LORAN-C) nicht brauchbar ist. Insbesondere wurde die Gefahr absichtlicher oder unabsichtlicher Störungen untersucht. Die intensiven amerikanischen Untersuchungen, wieweit LORAN-C, eventuell ein verbessertes, sogenanntes eLORAN (enhanced LORAN), als Backup für GPS für See- und Luftfahrt genutzt werden kann, ergaben positive Ergebnisse. Selbst die hohen Anforderungen von 8…20m Fehler für die Hafen-Navigation (HEA) konnten erfüllt werden. Die Entscheidung zur Einführung fiel im Febr. 2008. Für dieses notwendige Backup setzen auch die Nutzer von Zeitsignalen stark auf eLORAN. Die Entscheidung zum langfristigen Bestand von LORAN  wollen die USA bei der IMO für die Anerkennung als Bestandteil weltweiter Funknavigation nutzen.

LORAN-C in anderen Staaten

Der Rat der EU entschied zwar am 25.Febr.1992, daß LORAN-C das künftige, terrestrische, europäische Navigationsverfahren sein sollte. Im August 1992 fiel die Entscheidung für den Ausbau und Betrieb eines nordwesteuropäischen LORAN-C-Netzes. Von Dänemark, Frankreich, Deutschland, Irland, Holland und Norwegen wurde das entsprechende Abkommen mit dem Kostenverteilungsplan unterzeichnet. Das Netz (NELS, North-West European Loran-C System) bestand aus den sechs vorhandenen LORAN-C-Stationen der norwegischen und der französischen Ketten, sowie aus zwei neuen Stationen in Norwegen. Sie wurden zu 4 LORAN-C-Ketten zusammen geschaltet, die im Laufe des Jahres 1996 betriebsklar waren. Die jährlichen Betriebskosten von NELS einschließlich Control Center Brest und Coordination Center Oslo betrugen lediglich €4,2 Mio. Am 31.12.2005 lief der NELS-Vertrag aus.

Heute ist die Zukunft von LORAN für die Europäische Kommission bislang ohne Interesse, auf der Tagesordnung steht GALILEO. Auf Wunsch der EU laufen aber überraschenderweise alle LORAN-Stationen bis zur Vorlage des Europäischen Radio-Navigationsplanes (ERNP) weiter, einschließlich der deutschen Sylt-Station, mit Betriebskosten aus England.

GALILEO verfügt für Politiker weiterhin über eine magische Immunität gegen Störungen. Im Entwurf des ERNP wird LORAN inzwischen nach langen Diskussionen aber als wesentlicher Bestandteil eines notwendigen Navigations-Verfahrens-Mix vorgesehen und vorgeschlagen die gesamte EU mit LORAN (eLORAN) abzudecken. Die EU-Entscheidung über die endgültige Fassung des ERNP sollte bereits 2006 fallen, jetzt hofft man, sie 2009 vorlegen zu können. Sie wurde an den Abschluß der Galileo-Konzessionsverhandlungen gekoppelt, die wegen Fragen der Risiko-Verteilung (privat / staatlich, Public Private Partnership) inzwischen scheiterten.

Während der internationalen. Sat.-Nav.-Tagung GNSS 07 in Genf verteilte die britische Seezeichenverwaltung ihren Radio Navigation Plan in dem eLORAN ein vorrangiger Backup-Kandidat für GNSS ist.

Im Nordpazifik besteht bereits seit 1987 eine Zusammenarbeit zwischen den USA und der UdSSR/GUS. Für die gemeinsame USA/GUS-Kette erfolgte die Betriebsbereitschaftserklärung  1994. Nach Rückzug der USA aus dieser Kette übernahm Japan Ende 1994 die Aktivitäten.

Der Grund für den überraschenden Ausbau bzw. Erhalt des LORAN-Netzes war die Erkenntnis der Staaten, daß die Verkehrssicherungspflicht in den eigenen Gewässern nur durch ein zu GPS redundantes, weitgehend störungssicheres, nicht militärisches Navigationssystem zu gewährleisten sei.  

Unabhängigkeit von GPS  

Es war für die EU nicht zu akzeptieren, daß zukünftig nicht nur alle europäischen, kritischen Transportaktivitäten, sondern auch Mobilfunk, Stromversorgung und andere zeitkritische Systeme allein von GPS abhängig wären. ESA, EUROCONTROL und EU Kommission bildeten bereits im März 1998 eine High Level Group (HLG) für Verhandlungen mit den USA über eine europäische Beteiligung und Kontrolle bei GPS.

Da die USA dazu nicht bereit waren, fiel am 17.Juni 1999 im EU-Ministerrat die Entscheidung für GNSS-2, genannt GALILEO. Damit war die Definitions-Phase für GALILEO genehmigt. Parallel fanden Gespräche mit anderen Staaten über eine Beteiligung statt (speziell mit Rußland wegen der GLONASS-Management-Erfahrungen und der GLONASS-Frequenzen). Erst am 26.März 2002 fiel die endgültige Entscheidung, 12 Monate später hatten sich dann endlich auch Deutschland und Italien geeinigt. China unterzeichnete zum Ärger der USA eine Absichtserklärung, sich mit  € 200 Mio. zu beteiligen. Es war allerdings verärgert, daß ihm der Zugang zum verschlüsselten Bereich versperrt bleiben wird. Auch mit Indien, der Ukraine und Marokko wurden Abkommen geschlossen. Daneben haben Kanada, Israel  und die GUS Interesse an GALILEO bekundet.

Die Verhandlungen über die 20 Jahre währende Betreiberkonzession für das private Firmenkonsortiums zogen sich hin bis sie 2007 endgültig platzten. Den geäußerten Befürchtungen, daß Indien (Ideen, Software) und China (Hardware) die großen Gewinner von Galileo sein könnten, trat die EU-Kommission mit der Veröffentlichung (08. Dez. 2006) eines Grünbuches entgegen.

Am 30.Okt.2000 startete China für Testzwecke seinen ersten Navigations-Satelliten. Es soll ein GPS ähnliches System aufgebaut werden, vorrangig für Landnavigation (Straße, Schiene).

Inzwischen will auch Indien ein regionales Sat.-Nav. System (Indian Regional Navigation Satellite System, IRNSS) mit 7 Satelliten aufbauen. Es soll 2011/12 verfügbar sein.  

GALILEO  

Das System soll zu GPS kompatibel sein und es wird wie dieses aus Steuermitteln finanziert. Die Public Private Partnership, PPP war eine Illusion.

Vorgesehen sind für das System 27 plus 3 Reservesatelliten auf 3 Bahnen in 23.616km Höhe. Die Bahnen besitzen eine Neigung gegen den Äquator von 56° (GPS: 55°, ursprüngl. Planung 65° und 8 Sat auf 3 Bahnen) und werden jeweils mit 10 Satelliten besetzt. Die Umlaufzeit beträgt 14h (GPS: 12h).

Das Meßprinzip bei GALILEO entspricht dem von GPS, es werden die Entfernungen zu den sichtbaren Satelliten gemessen (Ranging Codes). Es sind drei GALILEO‑Kontrollzentren (De., Ital., Span.) vorgesehen. Zusätzlich wird es noch örtliche Zentren geben, die befugt sein werden, ermittelte Integritätsinformationen zu den Satelliten zu übertragen. So soll sichergestellt werden, daß im fertigen System immer von mindestens 2 Satelliten, höher als 25° über dem Horizont stehend, aktuelle Integritätsinformationen zu empfangen sind.

Wie bei GPS arbeiten alle Satelliten auf den gleichen Frequenzen, die Unterscheidung erfolgt auch hier anhand des für jeden Satelliten spezifischen Codes.

Von GALILEO sollen folgende Navigationsdienste angeboten werden:

SAR‑Dienst Er soll es erstmals zulassen, daß der Alarmauslösende eine Bestätigung seines Alarms erhält.

Auf Druck Frankreichs wurde das unsichere Cospas-Sarsat vorgesehen. Die deutsche Entwicklung der Signalstruktur der INMARSAT-Seenotboje einschließlich der Erdefunkstelle in Perth, Australien, wurde mit erheblichen deutschen Steuermitteln unterstützt aber nicht intensiv vertreten. Inmarsat schaltete das Seenotsystem 2006 ab.

Open Service (OS) Er kann von jedermann kostenlos genutzt werden. Es sollen 6(!) unterschiedliche, unverschlüsselte Signale, davon 3 ohne Daten als Ranging Codes (Meßsignale), auf 3 Trägerfrequenzen (E5a/1176,45MHz, E5b/1207,14MHz, und E2‑L1‑E1/1575,42MHz) verfügbar sein. Dieser Dienst ist vergleichbar mit dem zukünftigen, modernisierten GPS mit einem dritten Signal L5 für zivile Anwender (Block IIF und Block III Satelliten). GALILEO wird nicht genauer sein als zukünftig GPS.

Commercial Service (CS) Bei ihm erfolgt der Zugang über einen Service Provider, d.h. es ist eine Anmeldung und Bezahlung Voraussetzung. Als Gegenleistung stehen 2 zusätzliche, verschlüsselte Signale mit Ranging Code und Daten auf einer weiteren Trägerfrequenz (E6/1278,75MHz) zur Verfügung.

Safety of Life Service (SoL) Er ist ebenfalls kostenpflichtig. Er benutzt 4 Signale und erhält Zugriff auf die Integritätsinformationen. Dieser zertifizierte Dienst soll mit zertifizierten Zweifrequenz‑Anlagen arbeiten. Integrität wird sich kostenlos mathematisch aber auch aus den dann verfügbaren mindestens 60 Satelliten (GPS, GALILEO, GLONASS?) ermitteln lassen.

Public Regulated Service (PRS) Er arbeitet mit 2 verschlüsselten Signalen auf zwei verschiedenen Frequenzen (E6, E2‑L1‑E1). Dieser Dienst ist hinsichtlich Zugang und Anwendung vergleichbar  mit dem jetzigen verschlüsselten, militärischen Anteil bei GPS (PPS mit P‑, Y- und M‑Code).

PRS war die Ursache einer Verstimmung zwischen der EU und den USA. Der Mißbrauch der Satelliten‑Navigationssysteme kann eine Bedrohung der nationalen Sicherheit bedeuten. Eine typische Maßnahme dagegen ist das Vorhalten von Möglichkeit, um in Krisensituationen die als gefährlich angesehenen Signale (primär die offenen, zivil genutzten Signale) zu beeinflussen.

Im Rahmen der Modernisierung von GPS führt die USA ein neues, verschlüsseltes militärisches Signal (M‑Code) ein. Der erste Satellit mit M-Code wurde 2005 gestartet. Hierfür ist aber, wie für den Public Regulated Service, das Signalband E2‑L1‑E1 vorgesehen. Die USA könnten im Krisenfall zum eigenen Schutz zwar örtlich die zivil genutzten Teile des Bandes stören, den für sie dann ebenfalls gefährlichen PRS‑Teil von GALILEO könnten sie hingegen unter Gewährleistung der Sicherheit des eigenen M‑Code nicht stören.

Am 26.Juni 2004 (Dublin) kamen USA und EU dann u.a. überein, daß

--- PRS und M-Code getrennt werden,

--- zukünftig die zivil genutzten Signale von GPS und GALILEO eine einheitliche Signalstruktur erhalten,

--- die unterschiedlichen geodätischen Bezüge und die Zeitsysteme interoperabel sein sollen.

Damit schienen US Sicherheitsbedenken ausgeräumt und die Voraussetzungen für ein echtes Kombinationssystem GPS/GALILEO geschaffen. Inzwischen steht jedoch eine erneute Drohung der USA im Raum. Die EU sieht für GALILEO als rein zivilem System im Konfliktfall keine Signalveränderung oder –abschaltung zur Nutzungseinschränkung vor. Dies soll selbst dann gelten, wenn GALILEO in einem Krieg gegen die USA genutzt werden sollte. Die USA wollen in solchem Fall, insbesondere wenn China am Konflikt beteiligt sein sollte, GALILEO nicht nur reversibel stören sondern auch irreversibel (Zerstörung der Satelliten).

Aus dem DoD wurden darüber hinaus aber auch Befürchtungen laut, daß GPS ein sehr kostspieliges, nur noch militärisch genutztes System werden könnte, wenn GALILEO in Betrieb sei und die GPS-Mängel nicht beseitigt würden.

Spätestens im Juni 2006 mußten erste GALILEO‑Signale aus dem Orbit zu empfangen sein, um die Reservierung der Frequenzen bei der ITU (International Telecommunication Union) aufrechtzuerhalten. Der am 11.Juli 2003 in Auftrag gegebene erste Testsatellit wurde am 28.Dezember 2005 erfolgreich gestartet. Erste Signale wurden am 12.Jan.2006 empfangen. 

Das primäre GALILEO-Kontrollzentrum wird in Oberpfaffenhofen aufgebaut.  

Um GALILEO benutzen zu können, bedarf es selbstverständlich neuer Navigationsanlagen. Für den Sportbootbereich genügt eine Einfrequenzanlage, die lediglich die offenen Signale von GPS und GALILEO auf dem Band E2‑L1‑E1 verarbeiten kann und möglichst geeignet sein sollte, mängelbehaftete Signale zu ignorieren (Integrität). Mehrfrequenzanlagen ergeben unter anderem zwar bessere Positionsgenauigkeiten, die aber von keiner Seekarte unterstützt werden kann. Schon die mit heutigen GPS‑Anlagen erreichten Genauigkeiten lassen sich in der Seekarte kaum noch nutzen.

Für die Entwicklung und Erprobung von GALILEO-Anlagen wurde bei Berchtesgaden ein Testfeld (GATE) eingerichtet. Die simulierten GALILEO-Signale werden von Sendern auf 6 angrenzenden Bergen ausgestrahlt.

BEIDOU oder COMPASS

Das geplante chinesische Satelliten-Navigationssystem soll 35 Satelliten umfassen, davon 5 geostationäre (GEO) und 30 verteilt auf 6 Bahnebenen in ca. 25.000 km Höhe umlaufende (MEO). Ein erster MEO-Satellit, gestartet am 13.Apr. 2007, läuft in ca. 27.900 km um. Seit 2003 sind bereits 3 GEO-Satelliten gestartet worden, sie versorgen inzwischen das chinesische Staatsgebiet. Der weitere Ausbau erfolgte 2007 mit dem Start eines weiteren Satelliten. Für 2010 ist die volle Betriebsbereitschaft vorgesehen, eigentlich bereits 2008 (Olympiade) die Abdeckung Chinas. Es sollen zehn Dienste angeboten werden, fünf kommerzielle und fünf abgesicherte. Der offene Service soll einen Fehler von ±10m aufweisen.

China ist bereit mit anderen Staaten beim Aufbau des Systems zu kooperieren. Probleme mit den USA sind jedoch vorgezeichnet, vergleichbar denen, die es bei GALILEO mit PRS gab. Nach den bisherigen Kenntnissen über die Signale (E2 1561 MHz, E1 1589 MHz, E6 1268 MHz, E5b 1207 MHz) ist COMPASS mit GALILEO nicht kompatibel.

Während GALILEO sich durch Diskussionen und Streit inzwischen um 5 Jahre verzögerte, wird an COMPASS und GLONASS gearbeitet.

Absicherung der Satelliten-Navigation

GPS ebenso wie das zukünftige GALILEO wird in seiner Funktionsfähigkeit durch unabsichtliche (wie z.B.: unerkannte Satelliten-Signalmängel, Ausbreitungsanomalien z.B. durch Sonnenaktivität, Reflexionen und Abschattungen, Gefahr droht auch von Ultra-Wideband-Networks) aber auch absichtliche Störungen vermindert oder sogar verfälscht. In die Kategorie absichtlicher Beeinflussungen fallen Manipulationen im Konfliktfall aber auch Störungen durch Terroristen, Hacker oder andere kriminelle Handlungen. Eine umfassende Verwendung eines Backup-Systems könnte den Störanreiz vermindern. Die Störtechniken sind bekannt, entsprechende Einrichtungen auf dem Markt (schon 1997 wurde für $3.500 auf der Moskauer Luftfahrtschau ein GPS-Störsender angeboten). Sie sind aber auch leicht zu bauen, Anleitungen bietet das Internet. Bauteile für ca. $500 genügen für eine Störreichweite von ca. 200 km. Damit ließe sich die GPS-Nutzung über die Breite vieler Meeresengen, beispielsweise des englischen Kanals oder der Elbmündung, zum Erliegen bringen. Die zwar kostenintensive Erzeugung eines GPS-ähnlichen Signals würde die Störreichweite bei gleicher Leistung noch um etwa den Faktor 10 erhöhen.

Je umfangreicher die Anwendungen und Abhängigkeiten von GPS werden, desto größer wird auch der Anreiz für absichtliche Störaktivitäten (vergl. Internet-Hacker). Die weiträumigen Stromversorgungsstörungen im Jahre 2003 (14.Aug. NE-USA, 12.Aug. London, 23.Sept. Dänemark/Südschweden, 28.Sept. Italien) hatten ihre Ursache nicht in einer GPS-Störung. Aber die Stromverteilung, auch in Deutschland, stützt sich weitgehend auf die Zeitinformationen von GPS. Der 11.Sept.2001 hat gezeigt, daß alles was geschehen kann auch geschieht. In den USA gehören daher die Nutzer von Zeit-Informationen auch zu den stärksten Verfechtern eines GPS-Backups.

Differential-GPS (DGPS, Oberbegriffe: Ground-Based Augmentation System, GBAS aber auch Local-Area Augmentation System, LAAS) war der erste Ansatz zur partiellen Absicherung von GPS. Von einer Referenz-Station, werden international standardisierte GPS-Korrekturen ermittelt und ausgesendet. Die Verwendung der Korrekturen in der Bordanlage ergibt in einem begrenzten Gebiet um die Referenz-Station einen auf etwa ±3m verminderten Fehler. Viel wichtiger ist aber, daß sich die Integrität von GPS verbessert, d.h. es wird rechtzeitig vor an Bord nicht erkennbaren Mängeln der Satelliten-Signale gewarnt. Der geringe Positionsfehler von ±3m ist für die Navigation ohnehin nicht erforderlich, schon jetzt erfordern ±10m erhöhte Aufmerksamkeit, da viele Seekarten diese Genauigkeit nicht unterstützen.

Inzwischen gibt es in Europa ca. 160 DGPS-Sender, sie nutzen die ehemaligen Funkfeuerfrequenzen. Insgesamt wurden in über 30 Ländern DGPS-Stationen gebaut oder haben ihren Betrieb bereits aufgenommen. Die Nutzung ist kostenlos. Die US Coast Guard erklärte am 15.März 1999 ihr DGPS für voll verwendungsfähig. Eine Abdeckung der gesamten USA mit DGPS (Nationwide DGPS, NDGPS) besteht inzwischen. Auch in Deutschland entstanden 5 zusätzlicher DGPS-Stationen (Zeven/Niedersachsen, Koblenz, Iffezheim/Baden-Württemberg, Bad Abbach/Bayern, Mauken/Oberelbe/Sachsen-Anhalt). Sie sollen die Binnengewässer abdecken, mit dem Nebeneffekt, daß sie das gesamte Bundesgebiet versorgen.

Es gibt daneben mindestens ein privates, gebührenpflichtiges globales DGPS (GreenStar) der Firma John Deere.

Nach erfolgreichen Versuchen mit einem geostationären INMARSAT-Nachrichten-Satelliten, werden jetzt von 3 GEO-Satelliten (15,5°W / PRN120, 21,5°E / PRN124, 25°E / PRN126) Korrekturen für GPS und Warnungen bei Störungen verbreitet. Dieses als GNSS-1 oder EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) bezeichnete System erlangte am 28.Juli 2005 die Initial Operationel Capability (IOC). Es deckt Europa, Atlantischen Ozean, Afrika und Mittleren Osten ab. Als Betriebsdauer waren 5 Jahre mit der Möglichkeit einer Verlängerung auf 10 Jahre vorgesehen. Das System ist dem amerikanischen Wide Area Augmentation System, WAAS (Satelliten auf 133°W / PRN135 und 107,3ºW / PRN138) vergleichbar und sollte, wie dieses, primär der Luftfahrt dienen. Inzwischen wird es aber auch erfolgreich in anderen Verkehrsbereichen angeboten. Auch für den Sportboot-Bereich gibt es entsprechende Anlagen.

Ähnliche Entwicklungen werden auch von Kanada (CWAAS), China (Satellite Navigation Augmentation System, SNAS) und Indien (GAGAN, 1 Sat. 64ºE / PRN127) betrieben.

Das Funktionsprinzip dieser satellitengestützten Differential-Systeme (Space-Based Augmentation System, SBAS) unterscheidet sich von den erdgebundenen DGPS (GBAS). Beiden gemeinsam ist jedoch, daß sie bei Ausfall von GPS nutzlos sind.

Die Struktur der abgestrahlten Signale wurde genau wie bei DGPS international genormt. Es sind auch hier Referenzstationen beteiligt und zwar eine Vielzahl. Die Verteilung der Informationen an die Nutzer erfolgt über geostationäre Satelliten. Die Bezeichnungen für die beteiligten Einrichtungen bei den verschiedenen SBAS sind nicht einheitlich, obwohl ihre Aufgaben identisch sind.

Nachfolgend werden zur Erklärung die Bezeichnungen von EGNOS benutzt.

Über das Versorgungsgebiet sind zahlreiche Reference and Integrity Monitoring Stations (RIMS) verteilt. Von ihnen werden die Entfernungsfehler zu den jeweils sichtbaren Satelliten ermittelt. Sie werden jedoch nicht als Korrekturen direkt an die Nutzer verteilt. Statt dessen werden sie in einer zentralen Kontrollstation, Mission Control Center (MCC), verarbeitet. Davon gibt es ebenfalls zur Sicherheit mehrere, es ist jedoch nur jeweils eine aktiv. Die verschiedenen Fehleranteile des Satelliten-Signals arbeitet man dort heraus. Uhren-, Bahndatenfehler können dabei dem jeweiligen Satelliten zugeordnet werden, während der Ionosphären-Ausbreitungsfehler ortsabhängig ist. Er wird für die Punkte eines Gitternetzes berechnet, dessen Größe sich aus der geographischen Verteilung der RIMS ergibt. Dieses mit Werten besetzte Netz bestimmt das Versorgungsgebiet. Ein weltweit gültiges Gitternetz wurde bereits definiert, die Punktabstände betragen zwischen 55°N und 55°S jeweils 5° in Breite und Länge, in höheren Breiten bis 75° erhöht sich der Abstand auf 10°. Abhängig von der Geschwindigkeit mit der sich die verschiedenen Fehler ändern, erfolgt die Aufdatierung der Korrekturen alle 1 bis 5 Minuten. Sie werden von Erdestationen, Navigation Land Earth Station (NLES, je 2 für jeden GEO-Sat.), zum geostationären Satelliten (positioniert 36.000 km über dem Äquator) übertragen.

Alle GEO-Satelliten geben die Informationen in einem genormten Datentelegramm an den Nutzer weiter. Er soll aus Sicherheitsgründen jeweils die Signale zweier GEO-Satelliten empfangen können. Die GPS-Anlage des Nutzers korrigiert dann Uhren-, Bahndatenfehler der benutzten GPS-Satelliten direkt. Die empfangenen Ausbreitungskorrekturen der zur eigenen Position nächstgelegenen Gitternetzpunkte werden gemittelt. Das Ergebnis dient dann dazu, das im GPS-Empfänger benutzte Ionosphären-Ausbreitungsmodel zu verbessern. Ohne diese Korrektur verwendet der GPS-Empfänger ein globales, von den GPS-Satelliten etwa wöchentlich aufdatiertes Ausbreitungsmodel, das keine zeitlich und/oder örtlich begrenzt auftretenden Unregelmäßigkeiten berücksichtigen kann, wie sie beispielsweise Sonnenaktivitäten, der neue Zyklus begann gerade, erzeugen. Der Gewinn des SBAS-Korrekturverfahrens ist ein auf etwa ±3 m verminderter Standortfehler.

Da von den Referenzstationen die GPS-Satelliten auch auf Signalmängel beobachtet werden, kann gegebenenfalls innerhalb von 6 s (Luftfahrtforderung) eine entsprechende Warnung der Nutzer erfolgen.

Alle Informationen werden von den GEO-Satelliten auf der gleichen Frequenz (1575,42 MHz) ausgestrahlt, die auch für das zivil nutzbare GPS-Signal L1 verwandt wird. Ein zusätzlicher Empfänger, wie er beim bodengestützten DGPS erforderlich ist, entfällt daher. Hinzu kommt, daß auch die Struktur des Signals ähnlich der des GPS-Signals gewählt wurde. Dadurch können die geostationären Satelliten wie zusätzliche „GPS-Satelliten“ auch für die Standortbestimmung herangezogen werden. Wegen dieser Zusatzfunktion werden sie von den Referenzstationen wie die GPS-Satelliten beobachtet und ihre eventuell fehlerhaften Daten korrigiert bzw. ihre Funktion „GPS-Satellit“ abgeschaltet, ohne daß davon die Übertragung der Korrekturdaten und Warnungen beeinflußt sein muß. Die GEO-Satelliten unterliegen darüber hinaus aber ähnlichen Beschränkungen wie die GPS-Satelliten, ihre Signale können abgeschattet werden.

Die GPS-Ergänzung durch SBAS hat drei Aspekte:

1)         Integritätsgewinn durch schnelle Warnung bei vom Nutzer nicht erkennbaren Signalmängeln einzelner     GPS-Satelliten,

2)         Verminderung des Standortfehlers durch Verbesserung des Ausbreitungsmodels,  

3)         Erhöhung der Satellitenanzahl für die Standortbestimmung.

WAAS besitzt seit dem 10.Juli 2003 für die Luftfahrt den Status Initial Operational Capability (IOC). Für bodengebundene Anwendungen kann es voll benutzt werden.

Es gibt daneben noch einige firmeneigene DGPS-Netze z.B. von Thales, Racal, Fugro, die allerdings nur gegen eine Gebühr genutzt werden können. Weitere Stützungsverfahren mittels Satelliten sind angedacht.

Es darf allerdings nicht übersehen werden, daß im Konfliktfall auch die Wirksamkeit der Differential-Korrekturen durch Manipulationen an GPS beeinträchtigt werden kann! Bei Ausfall von GPS ist jede Form eines Differential-GPS ohnehin völlig nutzlos. DGPS bietet auch keinen Schutz gegen örtliche Störsender. Es müßte also immer angestrebt werden, ein zweites, unabhängiges Navigations-Verfahren zur Stützung heranzuziehen.

 

Ein anderes Stützungsverfahren plant Japan begrenzt auf sein Territorium. Im Rahmen des Multi-Function Transport Satellite (MTSAT, 2 GEO-Sat. 140ºE / PRN129 und 145ºE / PRN137, Nutzungsfreigabe Sept. 07) wurden im April 2003 $461 Mio. (insgesamt $1,6 Milliarden für 12 Jahre) für die Entwicklung eines Quasi Zenith Satellite System (QZSS) genehmigt. Mit den vorgesehenen 3 Satelliten (1. Start 2008), die zu GPS identische Signale (L1, L2C, L5) senden werden, soll die Positionsermittlung in Tälern und städtischen Häuserschluchten verbessert werden.

Als redundantes, terrestrisches Verfahren zu GPS kristallisiert sich LORAN heraus, zumal es in modifizierter Form Genauigkeiten vergleichbar GPS erreicht. Die nordeuropäischen Ketten werden auf Wunsch der EU z.Z. vorsorglich noch weiter betrieben. Auch aus der GUS wurde bekannt, daß dort die LORAN-Ketten neben dem eigenen Satelliten-Navigationsverfahren GLONASS in Betrieb bleiben sollen.

Italien hat seine beiden Stationen der ehemaligen Mittelmeer-Kette konserviert. Die Stationen in Spanien und der Türkei existieren nicht mehr. Die GUS strebte die Einbeziehung des russischen LORAN-C-Nebensenders auf der Krim (CHAYKA-Kette 8000) an, in Doppelfunktion als Nebensender der ehemaligen Mittelmeerkette (Bedeckung Schwarzes Meer).

In England wurden mit einem für LORAN umgerüsteten Sendemast vom Langwellen-Sender Rugby erfolgreich LORAN-Versuche durchgeführt. Die General Lighthouse Association (GLA) will die Zahl der Leuchtfeuer vermindern. Sorgen bereitet ihr aber das übermäßige Vertrauen der Nutzer in GPS. Es zeigte sich, daß LORAN das Potential als notwendiges Backup für GPS besitzt, allerdings auch hier modifiziert als eLORAN. Es wurde ein 15 Jahresvertrag für Entwicklung, Aufbau und Betrieb an VT Communication für eine Station in Cumbria vergeben. Die eLORAN-Station hat ihren Betreib bereits aufgenommen. England ist jetzt bestrebt ein europäisches eLORAN-System aufzubauen. An Standards für eLORAN wird international (RTCM, usw.) gearbeitet.

In Irland wird nach jahrelangen Protesten von Umweltverbänden eine eLORAN-Station auf einem nicht mehr benötigten Senderstandort errichtet.

Frankreich will LORAN unbedingt bis mindestens 2015 erhalten. Es hat Pläne für zwei weitere Stationen, Straßburg bzw. Südfrankreich. Außerdem soll die Modernisierung der norditalienischen Station unterstützt werden.

Österreich hat klar erklärt, an LORAN als Backup-System für die Satellitensysteme interessiert zu sein. Besonders betont werden dabei die niedrigen Kosten und die erprobte Technik. Ähnliches gilt für die Tschechische Republik, sie hat mit Österreich schon über eine neue Station bei Prag  diskutiert. In Deutschland wird der Sylt-Sender auf englische Kosten weiterbetrieben.

Eine Kette in Saudi-Arabien deckt das östliche Mittelmeer, das Rote Meer, den Persischen Golf, den Golf von Aden, den Golf von Oman und einen Teil des arabischen Meeres ab. China nahm im Frühjahr 1994 ein LORAN-Netz mit 6 Sender in Betrieb. Auch Indien betreibt seit 1994 zwei Ketten bei Bombay und Kalkutta. In Südkorea wurden 2 Stationen einer ehemaligen Kette der US Luftwaffe modernisiert. Neben diesen spezifischen Aktivitäten bildete sich 1992 in Ostasien eine LORAN-Gruppe, vergleichbar NELS, mit den Mitgliedern China, Japan, Korea und Rußland (FERNS, Far East Radio Navigation Service).

Das angestrebte Enhanced LORAN (eLORAN) weist gegenüber dem herkömmlichen LORAN folgende Unterschiede auf:

Es besitzt einen Datenkanal über den Korrekturen, Warnungen und Zuverlässigkeitsinformationen übertragen werden. Zu diesen Daten gehören beispielsweise Stationskenner, Almanach der Sender, Positionen der Monitorstationen für Differential-LORAN, Diff. des LORAN-Zeitschemas zu UTC (Anzahl Schaltsek.), Warnungen bei anormalen Signal-Ausbreitungsbedingungen (auch verkürzte Skywave-Wege), Warnung bei Signalmängeln, Korrekturen für Diff.-LORAN und Diff.-GNSS. Alle Sender werden auf eine von GNSS unabhängige UTC-Quelle synchronisiert, genauso wie es bei GPS der Fall ist. Wenn ein eLORAN-Signale außerhalb der Toleranz liegt wird die betreffende Station sofort abgeschaltet. Die eLORAN-Stationen sollen weiterhin von vorhandenen Empfangsanlagen genutzt werden können, allerdings ohne die Verbesserungen, d.h. der bekannte Fehler der Hyperbel-Navigation von ca. 0,25 sm bleibt bei ihnen erhalten.

Erstmals waren im nordeuropäischen LORAN-Netz (NELS) alle 4 Ketten untereinander synchronisiert. Inzwischen modernisieren auch die USA ihre Ketten mit dem gleichen Ziel. Damit wird die strenge Verbindung eines Hauptsenders mit seinen 3 bis 4 Nebensendern bei der Navigationslösung (Hyperbel-Verfahren) weitgehend aufgehoben; es kann eine beliebige Kombination der verschiedenen Sender für die Positionsbestimmung herangezogen werden. Da damit die LORAN-Signale  unter sich, wie die GPS-Signale synchronisiert sind, können Navigationsanlagen gebaut werden, die beide Verfahren gleichzeitig nutzen. Jeder LORAN-Sender wird hierbei als zusätzlicher, "Pseudo"-GPS-Satellit angesehen. Diese Methode gestattet es, Verfahrensmängel sowohl bei LORAN als auch bei GPS zu erkennen, dies wäre bei Nutzung nur eines Verfahrens nicht möglich.

Die amerikanische eLORAN-Entwicklung wurde ausgelöst durch die Techn. Universität Delft. Sie entwickelte eine Methode,  das LORAN-Signal (100 kHz) mit DGPS-Korrekturen zu modulieren. Dies als EUROFIX bezeichnete Verfahren wurde auf  den Stationen Sylt, Bø, Værlandet (Norw.) und Lessay (Frankr.) installiert. Die Korrekturen ergeben GPS-Positionsfehler von ±3m (95%) in einer Entfernung von 400km; auch in Gebirgstälern (Alpen, 1000km Entfernung) und Häuserschluchten wurde die volle Funktionsfähigkeit nachgewiesen. Bei vollständigem Ausbau wären in vielen Gebieten mehrere EUROFIX-Stationen zu empfangen. Dadurch können zusätzlich statistische Methoden zur Fehlererkennung eingesetzt werden, ähnlich wie es bei GPS mit mehr als 4 brauchbaren GPS-Satelliten möglich ist. Zusätzlich könnten in Nordeuropa die DGPS-Stationen eingespart werden. In den USA und Rußland durchgeführte Untersuchungen ergaben dieselben guten Ergebnisse. In Saudi-Arabien werden die LORAN-Sender mit EUROFIX ausgestattet.

Parallel zu den ausgestrahlten EUROFIX-Signalen wurde auch die Entwicklung preiswerter Empfängerbausteine gefördert. Die EU stellte Mittel im Programm "Integrated Ship Control" bereit. Das GAUSS-Komitee (Global Augmentation for Satellite Systems) erarbeitete unter deutscher Leitung mit namhaften internationalen Fachleuten die IMO Spezifikationen für Frequenznutzung und integrierte Empfangsanlagen.

Bei EUROFIX ebenso wie eLORAN vermindert sich der GPS-Fehler auf ca. ±3m aber es wird auch ein viel wichtigerer Integritätsgewinnes erzielt. LORAN besitzt, wie jedes Navigationsverfahren, systematische Fehler, hier bedingt durch unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Die Korrektur der Signalausbreitung über See vom Sender zum Empfänger wird durch den gut erfaßbaren Secondary Phase Faktor (SF) berücksichtigt. Sind jedoch vom Signal auch Landgebiete zu überbrücken, über denen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten sehr unterschiedlich sind, so bedarf die Positionsbestimmung einer weiteren Korrektur, dem Additional Secondary Phase Factor (ASF). Dieser zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit vom Empfangsort. Mit EUROFIX/GPS läßt sich erstmals jederzeit und laufend die Gesamtkorrektur ermitteln (SF zuzüglich ASF), quasi als Differenz zwischen den Positionen aus dem reinen LORAN und dem EUROFIX-DGPS. LORAN, auf diese Weise laufend kalibriert, weist bei Ausfall von GPS/DGPS einen Fehler von ca. 20m auf. Mit diesem Fehler ist es hervorragend als kurzzeitige Redundanz zu GPS geeignet.

LORAN hat als Stand-Alone-System, wie es vor 20 Jahren genutzt wurde, allerdings keine Bedeutung mehr. Im zukünftigen Navigations-Verfahrens-Mix wird das Global Navigation Satellite System die primäre Komponente sein.

Da in naher Zukunft Satelliten-Verfahren nicht sämtliche Anforderungen der Nutzer erfüllen können, sollte LORAN als Stützung, insbesondere aber als Integrationsbestandteil eines robusten Navigationssystems, dienen. Die Integration sollte dabei auf der Nutzerebene, d.h. in der Navigationsanlage erfolgen.

Dieser Tatbestand wurde dem Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen offenbar inzwischen ebenso wie das Gefährdungspotential bei GPS und GALILEO bewußt, warum sonst würde man Sylt ohne festen Abschalttermin weiterbetreiben lassen. Nur Aktivitäten für Reaktionen, wie Havarie-Kommando oder Seeunfalluntersuchungsbehörde genügen nicht, so notwendig sie auch sind. Das Schicksal des europäischen LORAN-Netzes, selbst in modifizierter Form, als Ergänzung und Sicherung der Satelliten-Navigation ist aber weiterhin unsicher, im Gegensatz zu dem der USA.

In Diskussionen über LORAN wird immer wieder übersehen, daß es sowohl senderseitig als auch empfängerseitig in den letzten Jahren eine enorme Fortentwicklung gegeben hat.

Moderne LORAN-Anlagen sind genau wie GPS-Anlagen für die Signalverarbeitung aller  in Sicht befindlichen Sender ausgelegt (all-in-view). EUROFIX wie eLORAN könnte ohne weiteres die Zahl der DGPS-Stationen mit den ehemaligen Funkfeuerfrequenzen reduzieren. Die USA haben allerdings bereits entschieden, DGPS einschließlich des landseitigen NDGPS weiter zu betreiben.

Verglichen mit den Geldern für die Entwicklung und den Aufbau von EGNOS und GALILEO sind die Kosten für eine europaweite Erweiterung von LORAN und den unbemannten Betrieb, Wartungspersonal auf den Monitorstationen, ein Taschengeld.

Auch kombinierte Navigationsanlagen für GPS und GLONASS werden bereits angeboten, um Mängel des einen Verfahrens durch das zweite ausgleichen zu können. Die Methode hat ihre Brauchbarkeit bewiesen, hängt aber von der Zukunft von GLONASS ab.

Ebenso wird es kombinierte GPS/GALILEO-Anlagen geben, nicht nur zur gegenseitigen Stützung sondern auch zur Verminderung des Positionsfehlers.

Es darf aber nicht verkannt werden, daß die Kombination zweier Satelliten-Verfahren, die im gleichen Frequenzbereich und mit etwa gleicher Leistung arbeiten, auch sehr einfach simultan gestört werden können, im Gegensatz zur Kombination LORAN/GNSS.

Eine in GPS selbst begründete Sicherungsmöglichkeit stellt RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) dar. Bei einem Überangebot an nutzbaren GPS-Satelliten, augenblicklich sind bis zu 31 statt 24 aktiv, wird vom Empfänger über mathematische Methoden auf mängelbehaftete Satelliten-Signale rückgeschlossen und diese für die Positionsberechnung nicht benutzt. Sind jedoch die Signale von mehr als einem Satelliten fehlerhaft, kann es Probleme geben. Diese Technik ist für zulassungspflichtige GPS-Anlagen inzwischen vorgeschrieben. Sportboot-Anlagen sind nicht zulassungspflichtig und verfügen bisher noch nicht über diese Technik.