(Interview aus PALSTEK 4/02)zurück

In Berufs- und Sportschifffahrt hat die GPS-Navigation ihren festen Platz. Aber ist die Positionsbestimmung mit Satelliten wirklich sicher?
Peter Hahne hat mit dem Navigationsexperten Uwe Petersen über Perspektiven und Risiken der elektronischen Navigationssysteme gesprochen

Herr Petersen, sollte ein verantwortungsbewusster Skipper allein mit dem GPS-Empfänger navigieren?

Petersen: Zumindest in der Berufsschifffahrt scheint man sich ganz auf die Satelliten verlassen zu wollen. Im Frühjahr des Jahres 2001 überraschte das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Wohnungswesen (BMVBW) mit der Aussage, dass sich die Bundesrepublik Deutschland für die Schiffssicherheit nur noch auf Global Navigation Satellite System (GNSS), Global Positioning System (GPS) und beziehungsweise oder GALILEO stützen werde. Eine Absicherung von GNSS sei nicht erforderlich, als Backup genügten die an Bord vorhandenen Einrichtungen wie zum Beispiel Inertialsysteme, Echolot und so weiter.
Im Gegensatz dazu stand Ende September 2001 eine Warnung des BMB (Bundesministerium für Bildung und Forschung) vor möglicher eingeschränkter Verwendbarkeit von GPS!

Ist denn GPS wirklich so gut, dass die Warnung des BMB, wie es scheint, nicht ernst genommen wird?

Die Eigenschaften von GPS sind ohne Zweifel hervorragend. Die Aussage allerdings, dass man alle bisherigen Verfahren vergessen und abschalten könne, war ein Wunschtraum, der jetzt endgültig ausgeträumt ist. Inzwischen wird offen über die Gefahren gesprochen, die sich ergeben, wenn man GPS als einziges Navigationssystem verwendet. Auch die Luftfahrt nennt GPS nur noch primäres, nicht aber einziges (sole mean) Navigationssystem.
Die US President’s Commission on Critical Infrastructure Protection hatte schon 1997 ausdrücklich auf die Störanfälligkeit von GPS hingewiesen und bemerkt, dass dies offensichtlich von den zivilen Nutzern immer noch nicht ausreichend zur Kenntnis genommen werde. Militärische Nutzer sind da offensichtlich besser informiert. Auch eine am 10. September 2001 veröffentlichte Studie des VOLPE Research Center, der Logistik-Experten des amerikanischen Verkehrs-Ministeriums, macht deutlich, dass GPS-Backup-Systeme zur Sicherung notwendig sind.

Nun bleibt es aber doch jedem Nutzer unbenommen, ein weiteres Navigationsverfahren zu verwenden?

Mit Einschränkungen, denn man hat sich verstärkt in die Abhängigkeit von GPS begeben und national oder international Verfahren und Systeme zur Verwendung an Bord vorgeschrieben beziehungsweise vorgeschlagen, deren Anwendung allein auf GPS-Positionen oder -Zeittakten basieren. Das internationale Sicherheitssystem für die Seeschifffahrt Global Maritime Distress and Safety System (GMDSS), das Informationssystem Automatic Identification System (AIS), die „elektronische Seekarte“ Electronic Chart Display and Information System (ECDIS), aber auch die Bahnführung sind auf GPS als so genanntes Stand-Alone-Verfahren angewiesen.

Das heißt, dass unter Autopilot fahrende Berufsschiffe allein von GPS auf Kurs gehalten werden?

Richtig. Und das birgt erhebliche Risiken: Insbesondere auf den Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen wird die Zeit für notwendige Querschecks immer kürzer. Daher wird 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 zum Beispiel die radarbedingte Kollision des italienischen Luxusliners Andrea Doria mit dem schwedischen Passagierschiff Stockholm und die GPS-bahnführungsbedingte Strandung der Fähre Silja Europa im Januar 1995.

Vor zwei Jahren schalteten die Amerikaner die Selective Availability (SA), also die künstliche Verschlechterung der GPS-Positionen ab. Wie genau sind diese Positionen heute?

Seit Oktober 2001 liegen für den zivilen GPS Standard Positioning Service (SPS) die Spezifikationen für den Betrieb ohne die am 2. Mai 2000 abgeschaltete Signalverschlechterung (SA) vor.
Danach übersteigt der Positionsfehler in 95 Prozent aller Fälle nicht dreizehn Meter (plus oder minus); vorausgesetzt wird dabei, dass alle mehr als fünf Grad über dem Horizont stehenden Satelliten benutzt werden. Damit ist jetzt auch die Geschwindigkeitsermittlung möglich.
Über den maximalen Fehler werden nur indirekte Angaben gemacht. Er soll gemittelt über ein Jahr in 99,79 Prozent aller Fälle das Sechsfache, das heißt 78 Meter, nicht übersteigen.

Wie schätzen Sie den momentanen Betriebszustand von GPS ein?

GPS befindet sich seit längerer Zeit in einem hervorragenden Zustand: Es sind bis zu 29 Satelliten aktiv. Damit ergeben sich sehr geringe Positionsfehler, es sei denn, es liegt eine Abschattung, zum Beispiel in Fjorden, vor. Garantiert sind nur 24 Betriebssatelliten; für diese Anzahl gelten auch die SPS-Definitionen. Es sollen aber immer mindestens 22 Satelliten in Betrieb sein. Aus Kostengründen ist geplant, die Zahl der dafür erforderlichen aktiven Satelliten zu senken.

Was geschieht, wenn ein Satellit ausfällt?

Wird erkannt, dass ein Satellit ersetzt werden muss, dauert es heute zirka 30 Tage, bis er seinen Betrieb aufnehmen kann – vorausgesetzt, es befindet sich ein Reservesatellit im Orbit. Ist jedoch ein Satellitenstart erforderlich, so verlängert sich der Zeitraum auf 120 Tage. Man arbeitet daran, innerhalb von 72 Stunden zu starten und anschließend nach sieben Tagen ein einwandfreies Navigationssignal auszusenden. Dadurch könnte die Satellitenzahl im Orbit auf 25 gesenkt werden.

Kann man nach Abschaltung von SA dauerhaft mit der höheren Genauigkeit des Systems rechnen?

Nicht mit letzter Sicherheit: Das GPS-Verfahren wurde vorrangig für die Sicherheitsbelange der USA, das heißt für militärische Zwecke, entwickelt und aufgebaut. 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.
Alle Zusagen der USA enthalten daher auch weiterhin offen oder verdeckt immer die Einschränkung: solange es die Sicherheit der USA zulässt. Falls der US-Verteidigungsminister mit Zustimmung des Präsidenten der USA die Sicherheit für gefährdet erklärt, können die Eigenschaften von GPS auch zukünftig ohne Warnung verändert werden; für nicht autorisierte Nutzer werden Nutzungsbeschränkungen eingeführt. Die Entscheidung über Verfahren und Umfang liegt beim Verteidigungsministerium der USA (DoD).
Die Beschränkungen können zeitlich und beziehungsweise oder örtlich begrenzt erfolgen, zum Beispiel während besonderer Einsätze oder beschränkt auf Konfliktgebiete. Derartige Veränderungen der Positionsunsicherheit lassen sich nur erkennen, wenn ein mindestens ebenso genaues, unabhängiges Vergleichsverfahren eingesetzt wird.
Während der Kosovo-Krise wurden Teile der sonst frei zugänglichen Informationen für zivile Nutzer gesperrt. Auswirkungen auf die normale Navigation gab es aber nicht.

Der Entwurf des satellitengestützten Global Positioning System ist bereits 30 Jahren alt. Wie weit sind Modernisierungsaktivitäten gediehen?

Bereits 1995 begannen Bemühungen seitens der Amerikaner, einerseits das militärische Potenzial von GPS zu erhöhen und andererseits die Nachteile von GPS durch Verfahrensergänzungen wie Local Area Augmentation System (LAAS) oder Wide Area Augmentation System (WAAS) zu beseitigen; Sie haben in der Ausgabe 2/01 Ihres PALSTEK darüber berichtet.
Für diese Verfahrensänderungen sind zivile Institutionen zuständig. Inzwischen hat die Entwicklung von LAAS und WAAS mit technischen, aber auch finanziellen Problemen zu kämpfen, der Zeitpunkt der Fertigstellung verschiebt sich ständig. Vor einer Nutzung des jetzigen Probebetriebes für die Navigation warnen die USA. Gegen diese Verfahrensergänzungen gab es zumindest bis zum 11. September 2001 seitens des militärischen GPS-Betreibers erheblichen Widerstand.

Würden solche Modernisierungen denn GPS verlässlicher machen?

Mit dem Abschalten von SA verminderte sich zwar der Positionsfehler auf etwa zehn Prozent des bisherigen, an den fundamentalen Einschränkungen von GPS ändert sich jedoch nichts. Für sicherheitskritische Anwendungen, bei denen unentdeckte Systemfehler sofort zu schwersten Risiken führen, ist es allein weiterhin nicht geeignet.

Gibt es darüber hinaus weitere technische Entwicklungen von GPS?

Der den US-Streitkräften zur Verfügung stehende Precise Positioning Service (PPS) soll leistungsfähiger und störfester werden. Im Frühjahr 1996 begann man mit Änderungen an der Satelliten-Software, es wurden bislang freie Plätze des Datentelegramms der Satelliten belegt.
Daneben wurde die Anzahl der bisher fünf auf jetzt zwölf GPS-Monitorstationen erhöht: Stationen der National Imagery and Mapping Agency (NIMA, vormals Defence Mapping Agency DMA), erhielten GPS-Monitorausstattung. Alle GPS-Satelliten können jetzt ununterbrochen beobachtet werden. So lassen sich laufend Bahn, Zeit und Gesundheitsdaten der Satelliten ermitteln. Außerdem verfügt jeder Satellit über Bahndatenkorrekturen für alle anderen. Es muss lediglich nach dem Satelliten mit der jüngsten Aufdatierung gesucht werden, um für alle Satelliten die aktuellsten Korrekturen zu erhalten.
Um diesen Suchvorgang zu beschleunigen, wurde die Kanalzahl der militärischen Anlagen erhöht. Mit dieser Maßnahme verbleibt ein Positionsfehler in der Größenordnung von schätzungsweise l,5 Metern.
Für zivile Nutzer ergibt sich leider kein entsprechender Gewinn. Sie müssen aus technischen Gründen damit rechnen, erst zwei Stunden nach Auftreten eines Satellitenfehlers darüber sicher informiert zu sein. Am 28. Juli 2001 erzeugte ein Uhrenfehler des Satelliten 22 einen für den Nutzer nicht erkennbaren Positionsfehler von vielen Kilometern. Erst nach 111 Minuten konnte der Satellit als ungesund markiert werden. Aber immerhin: GLONASS braucht hierfür zwei bis sechs Stunden.

Und der Service für zivile Nutzer? Soll der unverändert bleiben?

Keineswegs: Am 27 März 1998 entschied der Interagency GPS Executive Board (IGEB), auch den Standard Positioning Service (SPS) zu modernisieren. Es soll ein zweites Signal auf der GPS-Frequenz L2 eingefügt werden. Darüber hinaus wurde gleichzeitig eine Empfehlung für ein drittes Signal L5 ausgesprochen. Für L5 ist 1176,45 Megahertz als Frequenz vorgesehen. Dieses Signal ist für Nutzer mit höchsten Genauigkeitsansprüchen gedacht. Für die normale Navigation wird es keine Rolle spielen.

Können Sie etwas zur Zeitplanung für diese Modernisierung sagen?

Das zweite Signal soll im Jahr 2008 zur Verfügung stehen. Dieser Zeitplan dürfte jedoch zumindest aus zwei Gründen unrealistisch sein: Die Weiterentwicklung der nächsten Satelliten-Generation IIR (sechs Satelliten sind bislang im Orbit, neun liegen auf Lager, weitere vier befinden sich im Test beziehungsweise in der Produktion) ist nur mit hohen Kosten möglich. Die dann folgende Satelliten-Generation IIF ist an abgeschlossene Entwicklungs- und Lieferverträge gebunden. Hier wird man vor dem siebten Start auf keinen Fall etwas ändern wollen; der erste Start soll aber erst 2004 erfolgen. Außerdem war das amerikanische Verteidigungsministerium am zweiten Signal nicht interessiert: Es benötigt seine Haushaltsmittel für die Sicherung der Störfestigkeit. Die Kosten müssen vom Verkehrsministerium aufgebracht werden. Die Einigung zwischen den verschiedenen zivilen Kostenträgern dürfte sich aber nach dem 11. September beschleunigt haben. Der US-Congress hatte noch im Haushaltsplan 2000 die Mittel des Verkehrsministeriums für die GPS-Modernisierung gestrichen.

Wann werden die neuen Signale tatsächlich zur Verfügung stehen?

Man sollte nicht vor 2010/12 mit einer Verfügbarkeit des Signals rechnen. Wie auch immer die Ergebnisse aussehen: Die Nutzer werden sicher mehr bezahlen müssen als erwartet, sei es für die Satellitenaufrüstung oder für die Verzögerung bis zur vollen Nutzbarkeit. Bisher tragen etwa fünf Prozent der Nutzer (Streitkräfte) 100 Prozent der Kosten. Hier sollte auch bedacht werden, dass GPS längst kein reines Navigationssystem mehr ist. Inzwischen hängen auch viele zeitkritische Anwendungen von GPS als Zeitbezug ab, zum Beispiel Telefon und Stromversorgungsnetze, Internet, aber auch digitale Rundfunk- und Fernsehsendungen.

Nun sind die USA nicht die einzige Nation, die ein Satellitennavigationssystem anbietet. Die UdSSR beispielsweise entwickelte ein Gegenstück zu GPS, das unter der Bezeichnung GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS) heute von der russischen Förderation GUS betrieben wird. Ist GLONASS eine Alternative zu GPS?

Auch GLONASS arbeitet mit zwei Frequenzen und Signalen, und auch hier ist ein Signal dem Militär vorbehalten. Allerdings kannte GLONASS zu keiner Zeit eine Verschlechterung des Signals für zivile Nutzer. Es war von Anbeginn mit einem kleinen Fehler von etwa 30 Metern behaftet, 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 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. Es gibt auch heute noch keine verbindlichen Zusagen für einen einwandfreien Betrieb.
Inzwischen sind trotz mehrerer Neustarts nur noch sieben Satelliten in Betrieb (Start: 31. 12. 1998 und 13. 10. 2000), elf werden als Systemminimum für eine sinnvolle Nutzung angesehen. Am 1. Dezember 2001 wurde wieder eine Dreiergruppe von GLONASS-Satelliten gestartet, davon soll erstmals einer der neuen M-Generation angehören. Sie sollen unter anderem eine längere Lebensdauer aufweisen. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist die alleinige Verwendung von GLONASS nicht zu verantworten. Die Zukunft des Systems ist unsicher, auch wenn der damalige russische Präsident Boris Jelzin am 18. Februar 1999 mit einer Anordnung GLONASS für ausländische Finanzierung öffnete, um es zur Basis eines internationalen Satellitennavigationssystems werden zu lassen.
Die Lebensdauer der GLONASS-Satelliten ist, vermutlich bedingt durch die begrenzte Nutzbarkeit der Atomuhren, unbefriedigend. Bis zum Jahre 2005 müssen zudem die Betriebsfrequenzen der Satelliten wegen Störung anderer Funkdienste geändert werden.

Vor Beginn des "Zeitalters" der Satellitennavigation gab es eine Reihe anderer Funknavigationsysteme. Um diese Systeme ist es eher ruhig geworden.

Natürlich ist die Betriebsaufnahme von GPS-NAVSTAR nicht ohne Einfluss auf die bisherigen Verfahren geblieben; einige gibt es nicht mehr. Abgeschaltet wurden bislang: TRANSIT/NNSS (31. Dezember 1996), DECCA Norwegen (28. Februar 1997), OMEGA (30. September 1997), DECCA Festland (31. Dezember 1999) und DECCA England/Irland (31. März 2000). Das DECCA-Zeitalter wurde nach 55 Betriebsjahren am 30. März 2000 mit einem Allday Meeting des Royal Institute of Navigation und mit einem festlichen Dinner im Trinity House am Tage danach beendet. Geblieben ist nur Long Range Navigation (LORAN) C, das aus Sicherheitsgründen auch dringend benötigt wird.

Wie wird LORAN C heute verwendet?

Die militärische Nutzung endete für die USA, die LORAN C betrieben, schon Ende 1994. Man bot LORAN-C­Sender, die von den USA außerhalb ihres Territoriums betrieben wurden, den entsprechenden Gastnationen zum Weiterbetreiben an; das galt zum Beispiel für Sender im Nordatlantik und im Mittelmeer.
In den USA selbst führte die vollständige Abdeckung des Landes und der angrenzenden Seegebiete aber zu einer intensiven, steigenden zivilen Nutzung des Verfahrens sowohl in der Luftfahrt als auch im Landverkehr. Der Widerstand gegen eine geplante Betriebseinstellung war beträchtlich; insbesondere die allgemeine Luftfahrt mit etwa 130.000 genutzten LORAN-C-Anlagen legte größten Wert auf den Weiterbetrieb. Außerdem ergab ein von verschiedenen Luftfahrtinstitutionen an das Applied Physics Laboratory (APL) der John Hopkins University gegebener Studienauftrag unter dem Arbeitstitel GPS as Stand Alone System, dass GPS zumindest in der Luftfahrt als einziges Navigationsmittel (stand alone) ohne Stützung durch Differenzialverfahren oder LORAN C aus Sicherheitsgründen nicht brauchbar ist. Das LORAN-C-System wird inzwischen weiter modernisiert. Für die Haushaltsjahre 2001 und 2002 wurden jeweils Millionenbeträge bereitgestellt.

Welche Rolle spielt LORAN C in Europa?

Der Rat der EU entschied schon am 25. Februar 1992, dass LORAN C das künftige terrestrische europäische Navigationsverfahren sein soll. Die ehemaligen Planungen der EU zur Erweiterung des LORAN-C-Netzes auf der Iberischen Halbinsel mit den angrenzenden Gewässern unter Einschluss von Nordwestafrika, den Kanarischen Inseln, Madeira und den Azoren werden hingegen nicht mehr verfolgt.
Im August 1992 fiel die endgültige 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 North West European Loran C System (NELS) besteht aus den sechs vorhandenen LORAN-C­Stationen der norwegischen und der französischen Ketten sowie aus zwei neuen Stationen in Norwegen. Eine weitere Station soll in Irland gebaut werden. Die bestehenden Sender wurden zu vier LORAN-C-Ketten zusammengeschaltet, die im Laufe des Jahres 1996 betriebsklar waren. Hierzu gehörte auch die Vorbereitung des Senders Sylt für den Betrieb mit einem Nebensender aus der russischen CHAYKA Kette 8000 zur Abdeckung der Ostsee. Leider scheiterten im Jahre 1997 die Verhandlungen über eine schnelle Anbindung der CHAYKA­Station. Langfristig ist die Verbindung zur CHAYKA Kette aber weiterhin notwendig.

Gibt es weitere LORAN-C-Aktivitäten?

Ja. 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 baute ein LORAN-C-Netz an der Küste auf. Die Betriebsaufnahme der sechs Sender erfolgte im Frühjahr 1994. Auch Indien nahm den Betrieb der neu erbauten Ketten bei Bombay und Kalkutta 1994 als Ersatz für DECCA auf. In Südkorea wurden zwei Stationen einer ehemaligen Kette der US-Luftwaffe modernisiert. Neben diesen spezifischen Aktivitäten hat sich 1992 auch in Ostasien eine LORAN-C-Gruppe mit den Mitgliedern China, Japan, Korea und Russland gebildet (FERNS, Far East Radio Navigation Service).
Im Nordpazifik besteht bereits seit 1987 eine Zusammenarbeit zwischen den USA und der UdSSR/GUS. Für die gemeinsame USA/GUS Kette erfolgte die Betriebsbereitschaftserklärung ebenfalls 1994. Nach Rückzug der USA aus dieser Kette übernahm Japan Ende 1994 die Aktivitäten.

Wie erklärt sich denn dieser überraschende Ausbau des LORAN-C-Netzes?

Ganz einfach: Die Staaten haben erkannt, dass die Verkehrssicherungspflicht in den eigenen Gewässern nur durch ein zu GPS redundantes, nicht militärisches Navigationssystem zu gewährleisten ist.

Zurück zur Satellitennavigation. Es leuchtet ein, dass ein unter militärischer Kontrolle stehendes technisches System zivilen Anwendern nur begrenzte Anwendungssicherheit geben kann. Gibt es über dieses prinzipielle Problem hinaus weitere Risiken beim Einsatz von GPS?

GPS wird in seiner Funktionsfähigkeit von unabsichtlichen, aber auch absichtlichen Störungen vermindert oder sogar verfälscht. Unabsichtliche Störungen sind zum Beispiel unerkannte Satelliten­Signalmängel oder Ausbreitungsanomalien durch Sonnenaktivität, Reflexionen und Abschattungen.
In die Kategorie absichtlicher Beeinflussungen fallen Manipulationen des Betreibers im Konfliktfall, aber auch Störungen durch Terroristen oder Hacker.
Die Störtechniken sind bekannt, und entsprechende Einrichtungen werden auf dem Markt angeboten: Schon 1997 konnte man auf der Moskauer Luftfahrtschau für 3.500 US-Dollar einen GPS-Störsender kaufen. Solche Geräte lassen sich auch leicht selbst zusammensetzen; Bauteile für etwa 50 US-Dollar genügen für eine Störreichweite von zirka 200 Kilometern. Damit ließe sich die GPS-Navigation über die Breite vieler Meeresengen, beispielsweise des Englischen Kanals oder der Elbmündung, zum Erliegen bringen.
Je umfangreicher die Anwendungen und Abhängigkeiten von GPS werden, desto größer wird auch der Anreiz für absichtliche Störaktivitäten. Ein Beispiel für diesen Zusammenhang ist der sprunghafte Anstieg der Verbreitung von „Viren“ im Internet. Und was die Möglichkeiten von Terroristen angeht, so hat der 11. September 2001 gezeigt, dass alles, was geschehen kann, auch geschieht.

Mithilfe von Differential GPS (DGPS) konnte man schon zu Zeiten der SA Positionsfehler vermindern. Wird DGPS weiter ausgebaut?

Differential GPS (DGPS) war der erste Ansatz zur partiellen Absicherung von GPS. Von einer Referenzstation werden international standardisierte GPS-Korrekturen ermittelt und über Funkfeuerfrequenzen abgestrahlt. Die Verwendung der Korrekturen in der Bordanlage ergibt in einem begrenzten Gebiet um die Referenzstation einen auf etwa drei Meter verminderten Fehler.
Viel wichtiger ist aber, dass sich so die Integrität von GPS verbessert; es wird nämlich rechtzeitig vor an Bord nicht erkennbaren Mängeln der Satellitensignale gewarnt. Der geringe Positionsfehler von drei Metern ist für die Navigation nicht erforderlich; schon dreizehn Meter erfordern erhöhte Aufmerksamkeit, da viele Seekarten diese Genauigkeit nicht unterstützen.
Inzwischen wurden in 30 Ländern DGPS-Stationen gebaut oder haben ihren Betrieb bereits aufgenommen. Die Nutzung ist kostenlos; das gilt seit Mitte 1998 auch für die zwölf britischen und irischen DGPS-Stationen.
Es gibt daneben noch einige firmeneigene DGPS-Netze, zum Beispiel von Sercel, Racal und Fugro, die allerdings nur gegen eine Gebühr genutzt werden können. Boeing, Lockheed Martin und Hughes Space and Communication entwickeln weitere Stützungsverfahren. Ihnen ist gemeinsam, dass sie Satelliten benutzen sollen.

LORAN C wird auch im Zusammenhang mit Differential GPS eingesetzt. Wie ist da der Stand der Dinge?

Die Technische Universität Delft entwickelte eine Methode, das LORAN-C­Signal (100 Kilohertz) mit DGPS-Korrekturen zu modulieren. Dies als EUROFIX bezeichnete Verfahren wurde auf der Station Sylt installiert und lief seit Anfang 1997 im Versuchsbetrieb. Seit dem 10. August 1999 kann das EUROFIX-Signal ohne Einschränkungen genutzt werden. Im Jahre 2000 sind die EUROFIX-Stationen Bø, Værlandet in Norwegen und Lessay in Frankreich hinzugekommen. Die Korrekturen ergeben GPS-Positionsfehler von drei Metern in einer Entfernung von 400 Kilometern; auch in Gebirgstälern und Häuserschluchten wurde die volle Funktionsfähigkeit nachgewiesen. Bei einem vollständigen Ausbau werden in vielen Gebieten mehrere EUROFIX-Stationen zu empfangen sein. Dadurch können zusätzlich statistische Methoden zur Fehlerverminderung eingesetzt werden, ähnlich wie es für GPS mit mehr als vier brauchbaren GPS-Satelliten möglich ist. Die USA arbeiten im Rahmen ihrer LORAN-C-Modernisierung an einem zu EUROFIX ähnlichen Verfahren namens LORANCOM.

Es scheint also, als würde LORAN C weitgehend in das GPS integriert?

Die NELS-Steuerungsgruppe hat beschlossen, LORAN C nicht mehr als Stand Alone System zu betrachten. Im zukünftigen Navigations-Verfahrens-Mix wird das Global Navigation Satellite System (GNSS) die primäre Komponente sein.
Da in naher Zukunft Satellitenverfahren nicht sämtliche Anforderungen der Nutzer erfüllen können, soll LORAN C als Stützung, insbesondere aber als Integrationsbestandteil eines robusten Navigationssystems, dienen. Die Integration soll dabei auf der Nutzerebene, das heißt in der Navigationsanlage erfolgen. Als Schlussfolgerung wurden Mittel für den Ausbau von EUROFIX bereitgestellt. Bei erfolgreichem Betrieb der augenblicklichen vier Stationen sollten alle NELS-Sender mit EUROFIX-Einrichtungen versehen werden; die Finanzierung ist zur zeit jedoch unklar.

LORAN C wird also GPS sicherer machen. Verbessert denn umgekehrt GPS die Funktionsfähigkeit von LORAN C?

LORAN C besitzt, wie jedes Navigationsverfahren, systematische Fehler. Sie entstehen durch unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten der ausgestrahlten elektromagnetishen Impulse. Die Korrektur der Signalausbreitung über See vom Sender zum Empfänger wird durch den gut erfassbaren Secondary Phase Factor (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 C und EUROFIX/DGPS. LORAN C weist, wenn es auf diese Weise laufend kalibriert wird, bei Ausfall von GPS/DGPS einen Fehler von 20 bis 30 Metern auf. Mit diesem Fehler ist es hervorragend als kurzzeitige Redundanz zu GPS geeignet.
Das jetzige LORAN C lässt sich insgesamt nicht mehr mit dem vergleichen, wie es vor zehn oder fünfzehn Jahren an Bord einsetzbar war. Dieser Tatbestand blieb dem BMVBW aber offenbar bisher verborgen: Wie sonst hätte man den Vertrag mit NELS für 2004 auslaufen lassen können? Es ist sinnlos, den Nutzer ohne Aufklärung über die gravierenden Mängel von GPS nach einem Bedarf für LORAN C zu befragen.

Ist GPS mit Differenzialkorrekturen über EUROFIX oder DGPS sicher genug, um als alleiniges Navigationssystem dienen zu können?

Nicht hundertprozentig: Im Konfliktfall kann auch die Wirksamkeit der Differenzialkorrekturen durch Manipulationen an GPS beeinträchtigt werden! Es müsste also immer angestrebt werden, ein zweites, unabhängiges Navigations-Verfahren zur Stützung heranzuziehen. Satellitenverfahren können sich jedoch nicht uneingeschränkt gegenseitig stützen. Die angebotenen kombinierten GPS/GLONASS-Anlagen können lediglich gegenseitig systembedingte Mängel ausgleichen, nicht jedoch gezielte Störaktivitäten. Dies gilt gleichermaßen für zukünftige GPS/GALILEO-Navigationsanlagen.

Wie weit sind die Bemühungen der Europäer gediehen, sich vom amerikanischen GPS unabhängig zu machen?

Mit einem geostationären INMARSAT-Nachrichtensatelliten wurden erste Versuche unternommen, Korrekturen für GPS und Warnungen bei Störungen zu verbreiten. Dieses, als Global Navigation Satellite System (GNSS) 1 oder European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) bezeichnete System soll 2003 voll betriebsklar sein und Europa, Atlantischen Ozean, Indischen Ozean, Südamerika, Afrika, Mittleren Osten und Zentralasien abdecken.
Als Betriebsdauer sind fünf Jahre mit der Möglichkeit einer Verlängerung auf zehn Jahre vorgesehen. Das System ist dem geplanten amerikanischen WAAS und dem japanischen MultiFunction Transport Satellite (MTSAT) vergleichbar. Ähnliche Entwicklungen gibt es auch in Kanada (CWAAS), China (Satellite Navigation Augmentation System, SNAS) und Indien (WAAS). Die nächste Stufe in Europa ist ein zivil kontrolliertes Satellitennavigationssystem unter Einschluss von EGNOS. Am 26. März 2002 fiel in Brüssel der Startschuss für dieses System: Unter dem Namen GNSS 2 beziehungsweise GALILEO werden auf drei Umlaufbahnen in 23.616 Kilometern Höhe je neun aktive und ein Reservesatellit Navigationsdaten senden. Insgesamt sollen also dreißig Satelliten in den Orbit gebracht werden. GALILEO soll zu GPS kompatibel sein, eine Definition dafür steht noch aus.
Es wird drei Dienste geben: Der erste Dienst – open access service (OAS) – ist kostenlos und offen. Er bietet jedoch bisher keine Service-Garantie, das heißt keine verlässliche Qualität. Insofern ist er mit GPS SPS vergleichbar. Die beiden anderen Dienste werden verschlüsselt und garantiert, so dass sie für sicherheitskritische Anwendungen geeignet sind. Einer von ihnen kann von allen Nutzern gebucht werden, der andere wird staatlichen Nutzern vorbehalten bleiben. Die Garantien können, wie bei allen Satellitennavigationsverfahren, lediglich Signal und Aussendung seitens der Satelliten betreffen, nicht jedoch einen ständig einwandfreien Empfang.
Außerhalb Europas gibt es weitere Initiativen: Am 30. Oktober 2000 startete China für Testzwecke seinen ersten Navigations-Satelliten. Es soll ein GPS ähnliches System aufgebaut werden, das aber vorrangig der Landnavigation auf Straße und Schiene dienen soll.
Zusammenfassend kann man davon ausgehen, dass GPS bis zur Betriebsaufnahme von GALILEO im Jahr 2008 oder eines funktionierenden Überwachungsverfahrens benutzt werden wird. Wegen fehlender Integrität sollte aus Sicherheitsgründen parallel jedoch ein redundantes Verfahren eingesetzt werden. LORAN C kann bis auf weiteres integriert mit GPS als Backup zu GPS dienen. Differential-GPS und/oder EUROFIX/LORANCOM werden einstweilen ausgebaut.
Sobald ein international verwaltetes und betriebenes Satelliten-Navigationssystem wie GNSS 2 oder ein entsprechendes Überwachungsverfahren dauerhaft und sicher funktioniert, wird der Betrieb anderer Funknavigationssysteme für viele Anwendungen überflüssig sein.

Herr Petersen, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.
 

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