Galileo-Technologie der zweiten Generation, die in ESA-Laboren getestet wurde

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14.09.2022
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Europas Galileo-Konstellation der ersten Generation ist bereits das genaueste Satellitennavigationssystem der Welt, das mehr als 3,5 Milliarden Benutzern weltweit eine Positionsbestimmung im Metermaßstab ermöglicht. Galileo der zweiten Generation wird jedoch eine noch bessere Leistung und eine erweiterte Palette von Diensten ermöglichen. Wesentliche Elemente des G2-Systems werden derzeit in ESA-Laboren evaluiert, darunter Schlüsselalgorithmen zur Synchronisierung von Satellitenzeiten und Bestimmung von Umlaufbahnen sowie Testversionen eines Satellitennavigationsempfängers und eines Notrufsenders.

Galileo der zweiten Generation

Mit ihren für Mitte dieses Jahrzehnts geplanten ersten Starts werden die G2-Satelliten viel größer sein als bestehende Galileo-Satelliten und einen großen technischen Durchbruch darstellen. Ihre volldigitalen Nutzlasten, die erstmals einen elektrischen Antrieb verwenden und eine verbesserte Navigationsantenne beherbergen, sind so konzipiert, dass sie im Orbit leicht neu konfiguriert werden können, sodass sie aktiv auf sich ändernde Benutzerbedürfnisse mit neuen Signalen und Diensten reagieren können.

Gekauft werden zwei unabhängige Satellitenfamilien, also insgesamt 12 Galileo-Satelliten der zweiten Generation Thales Alenia-Raum in Italien u Airbus Defence & Space in Deutschland. Abwärtskompatibel mit der aktuellen Konstellation werden die G2-Satelliten zahlreiche technologische Upgrades enthalten, die im Rahmen von EU- und ESA-Forschungs- und Entwicklungsprogrammen entwickelt wurden.

Navigationssignale von Satelliten

Die Algorithmen im Herzen der zweiten Generation von Galileo

Das Herzstück der Satellitennavigation ist die Fähigkeit von Satelliten, ihre Position im Weltraum und die genaue Zeit zu bestimmen, wenn sie ihre Navigationssignale auf Milliardstel Sekunden aussenden – je genauer diese Faktoren sind, desto größer ist die Präzision. Positionsbestimmung für den Nutzer, denn Galileo-Empfänger nehmen die Zeit zwischen gesendeten und empfangenen Signalen und wandeln sie in eine Entfernungsmessung um. Signale von vier oder mehr Satelliten werden verwendet, um den Standort des Empfängers zu lokalisieren.

Die Advanced Orbit Determination and Timing Synchronization Algorithms Test Platform (ODTS) bewertet die fortschrittliche Software, die diese Berechnungen für G2 durchführen wird. Die von Thales Alenia Space im Rahmen eines von der ESA koordinierten europäischen Horizon 2020-Projekts entwickelte Plattform ist nun installiert und in Betrieb ESA-Navigationslaborim technischen Herzstück der Agentur, der ESTEC-Niederlassung in den Niederlanden, wo er hilft, den praktischen Betrieb der G2-Satelliten zu simulieren.

ESTEC Technikum

„Diese Plattform stellt eine dynamische und leistungsstarke Umgebung zum Experimentieren mit Algorithmen in Echtzeit und im Post-Processing-Modus unter Verwendung realer oder simulierter Daten dar“, kommentiert Francisco González, technischer Leiter des Projekts.

„Es enthält den algorithmischen Kern des Navigationssegments zur Bestimmung und Identifizierung der Erdumlaufbahn, NEODIS, einer von Thales Alenia Space entwickelten Suite von Algorithmen zur präzisen Bestimmung der Umlaufbahn von Satellitenkonstellationen. Diese Algorithmen ermöglichen die Schätzung von Umlaufbahnen und Uhren in Echtzeit sowie die Generierung von Galileo-Navigationsmeldungen mit einer geschätzten Genauigkeit von zehn Zentimetern.

G2-Empfänger-Prototyp

Gustavo Lopez-Risueno, Leiter der Galileo G2 System Engineering Unit der ESA, fügt hinzu: „Wichtige Entwicklungen zur Verbesserung der Schätzung von Uhren und Umlaufbahnen werden integriert, wie beispielsweise die Integration von zusammengesetzten Uhrenalgorithmen für eine stabile und robuste Referenzzeitskala, die Dynamik der Modellierung von Satelliten- und Stationsuhren auf der Grundlage ihres bekannten Verhaltens und der Verarbeitung von Hilfsmessungen wie Laser-Entfernungsmessungen – bei denen die Laser von Satelliten reflektiert werden, um ihre Orbitalposition zu messen, und eine Entfernungsgenauigkeit von weniger als einem Zentimeter bieten, deutlich besser als der ungefähr halbe Meter, der von der Telemetrie zur Verfügung steht – plus Inter-Satelliten-Verbindungen, für die G2 auch Crew sein wird.

Erster betriebsbereiter G2-Empfänger

Ein weiteres Ergebnis der von der ESA geleiteten H2020-Forschung läuft ebenfalls im Labor: der allererste G2-Empfänger-Prototyp, entwickelt von GMV.

Navigationslabor

„Seine Entwicklung war wesentlich, um die Feinabstimmung und Bewertung einiger Signaldesignoptionen zu unterstützen, die wir derzeit in Betracht ziehen“, bemerkt Jose A. Garcia-Molina, G2 Signal-In-Space Design Manager bei der ESA und technischer Leiter dieses Bereichs Aktivität. „Repräsentative Architekturen und Techniken zur Verarbeitung von Verbraucherempfängern wurden in Betracht gezogen, um die endgültigen Vorteile zu bewerten, die ein Benutzer erhalten würde.“

Miguel Manteiga Bautista, G2-Programmmanager der ESA, fügt hinzu: „Dieses erste Modell eines G2-Empfängers gibt uns ein besseres Verständnis der Leistung, die G2 unter verschiedenen Betriebsbedingungen erzielen kann, beispielsweise in städtischen Umgebungen, in denen viele Benutzer von Galileo heute arbeiten.“

In der Zwischenzeit wurden zwei parallele Aktivitäten für die Entwicklung des G2 Test User Receiver gestartet, der das Labor für alle Arten von Testaktivitäten vor den ersten G2-Starts und dann für Tests und Validierungen im Orbit verlassen wird.

Rettungsübung in der Arktis

Das Radio ruft um Hilfe in der Studie

In der Nähe, im ESTEC-Telekommunikationslabor, befindet sich der Galileo-Such- und Rettungstest-Beacon-Simulator der zweiten Generation, der nach den Standortabnahmetests nun betriebsbereit ist.

Genau wie ihre Vorgänger der ersten Generation werden die G2-Satelliten SOS-Signale von bodengestützten Notsignalen empfangen und sie an eine Bodenstation zur Übertragung an örtliche Rettungsdienste weiterleiten und dabei helfen, mehr als 2.000 Menschenleben zu retten. jährlich.

Notsignal

Dieser neue Simulator zur Modellierung der Leistung dieser SOS-Beacons wurde über einen Zeitraum von drei Jahren von Thales Alenia Space unter der Leitung der ESA im Rahmen einer G2G System Engineering Technical Assistance Activity entwickelt.

Eric Bouton, Galileo Search and Rescue Engineer bei der ESA, erklärt: „Ausgestattet mit hochmodernen Signalerzeugungs- und -verarbeitungsfunktionen, gekoppelt mit einem 200-W-Hochleistungsverstärker, bietet dieser neue Simulator im Vergleich zu den ersten Simulatoren mehrere verbesserte Funktionen Generation, insbesondere die Übertragung der neuen Beacons der zweiten Generation, die von entwickelt wurden Cospas-SARSAT Organisation und Simulation komplexer Einsatzszenarien mit bis zu 15 parallelen Notsendern.

„Seine Entwicklung ist wirklich ein entscheidender Schritt, um das Verhalten von Galileo-Such- und Rettungsnutzlasten der ersten und zweiten Generation im Orbit mit den neuen Wellenformen der Beacons der zweiten Generation und mit der wachsenden Population von Beacons und dem damit verbundenen Alarmverkehr besser zu verstehen für eine bereits in Vorbereitung befindliche erste Testkampagne und zukünftig zur Unterstützung der Inbetriebnahme aller neuen Galileo-Such- und Rettungssysteme eingesetzt.

Körbl Schreiber

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