Satellitennavigation: Neue Wege, uns zurechtzufinden

Navigation device (JPG)Sie führen Fahrer an ihr gewünschtes Ziel, zaubern die Pfeile, die Ihnen Ihren Standpunkt angeben, auf Online-Karten und machen den Luft- und Seeverkehr sicherer: Die Rede ist von Satellitenortungs- und ‑navigationsdiensten, die längst zum festen Bestandteil unseres Alltags geworden sind - dank der Technologie des "Global Positioning System" (GPS), die in Fahrzeugen und Smartphones bereits weit verbreitet ist.

Ursprünglich für Verteidigungszwecke in den 1970er-Jahren in den USA entwickelt, wurden GPS-Dienste ab den 1990er Jahren auch für zivile Anwendungen eingesetzt. Die Technologie basiert darauf, dass der Empfänger des Nutzers präzise getaktete Funksignale von Satelliten, die um die Erde kreisen, empfängt und daraus den Abstand des Empfängers vom jeweiligen Sender errechnet.

Da das Signal auch die Information über die Position der einzelnen Satelliten in ihrer jeweiligen Umlaufbahn übermittelt, kann das Endgerät diese Informationen miteinander verknüpfen und so die genaue Position des Nutzers in drei Dimensionen ermitteln. Die präzisen Zeitsignale von der jeweiligen Satellitenkonstellation - beim GPS sind es insgesamt 32 - liefern auch hochgenaue Zeit- und Synchronisationsdaten für mobile Telefone und Netzwerke.

Wo stehen wir aktuell?

Die Europäische Union ist dabei, 30 Satelliten für ihr eigenes globales Navigationssatellitensystem (GNSS) mit dem Namen Galileo in Betrieb zu nehmen. Die EU und die USA sind aber längst nicht die einzigen Akteure in diesem Bereich. Auch viele andere Länder und Regionen entwickeln Satellitennavigationssysteme, beispielsweise Russland (GLONASS), Indien (IRNSS), China (BeiDou) und Japan (QZSS).

Mehr als die Hälfte aller Mobiltelefone in Europa und den USA sind heute mit satellitengestützter Positionsbestimmung ausgestattet. Und die europäische GNSS-Agentur (GSA) geht davon aus, dass der Markt der Satellitennavigation weiterhin rasant wächst. 2013 waren weltweit etwa 2 Milliarden GNSS-Geräte im Einsatz.

Bis zum Jahr 2022, so vermutet die GSA, hat der globale Markt einen Wert von 250 Milliarden Euro erreicht, denn die Anzahl der im Einsatz befindlichen GNSS-Geräte wird sich mehr als verdreifachen und bis dahin auf etwa 7 Milliarden angewachsen sein. Die Stärken der europäischen Industrie liegen in den Bereichen Telekommunikation und Schieneninfrastruktur, ebenso im Autobau und in der Herstellung von Antennen. Das prognostizierte Wachstum wird zum überwiegenden Teil außerhalb der EU und der USA stattfinden. Wenn Europa mit den Innovationen Schritt halten kann, eröffnen sich daher ungeheure Potenziale.

Neue Geräte und Dienste

2013 gingen mehr als 13 500 Patentanmeldungen aus sämtlichen Bereichen der digitalen Kommunikation und Telekommunikation beim EPA ein, unter anderem aufgrund der boomenden Smartphone- und Netztechnologien. Ein nicht unerheblicher Teil davon entfällt auf Innovationen bei der Satellitennavigation: Bisher wurden bereits mehr als 3 200 europäische Patentanmeldungen veröffentlicht, die sich auf Erfindungen im Bereich der Satellitennavigation beziehen.

Die meisten Autofahrer nutzen die Satellitennavigation heute bereits - entweder ist die Technik in die Fahrzeuge eingebaut oder es werden separate Navigationsgeräte verwendet. Vermessungsingenieure setzen die Satellitenortung beim Straßenbau und zur Klärung von Nutzungsansprüchen ein, und Geologen und Archäologen können mit Hilfe dieser Technologie genauere Karten erstellen als je zuvor.

Auch in der Luftfahrt und im Schiffsverkehr hat die Satellitennavigation mittlerweile Einzug gehalten. Radfahrer und Läufer können sie ebenfalls nutzen, um ihren Trainingsrouten zu folgen. Fotografen können den genauen Ort einer jeden Aufnahme damit festhalten und mit dem Bild abspeichern.

Während die Satellitenortung neue Geräte wie Smartphones oder Tablets erobert hat, werden GPS- oder GNSS-Daten mittlerweile mit anderen Informationen verknüpft, um standortbezogene Dienste (Location-Based Services, kurz "LBS") zu ermöglichen. 2013 gab es bereits mehr als 700 000 LBS-basierte Apps auf jeder der beiden Plattformen Apple und Android. Die GSA geht davon aus, dass 40 % aller Apps Ortsinformationen nutzen, beispielsweise sogenannte ‘Augmented Reality'-Anwendungen (deutsch: erweiterte Realität), bei denen ortsbezogene Informationen in Bilder aus der realen Welt eingeblendet bzw. diesen überlagert werden.

Schlüsselpatente und innovative Neuerungen

Navigation device (JPG)Der kommerzielle GPS-Chipsatz, der zur Verbreitung der Satellitennavigationsdienste beigetragen hat, indem er sie kostengünstiger und zuverlässiger gemacht hat, brachte Sanjai Kohli und Steven Chen 2010 einen Europäischen Erfinderpreis ein. Vor deren Erfindung waren GPS-Empfänger groß und teuer und benötigten die Signale von drei oder vier Satelliten. Durch die Entwicklung der ‘asynchronen Signalverarbeitung' und Miniaturisierung gelang es ihrem Forschungsteam, Mikrochips zu produzieren, die den Ausfall von Satellitensignalen kompensieren können und auch dann noch funktionieren, wenn nur ein Satellitensignal verfügbar ist, und die sich für die Massenproduktion zum Einbau in Konsumgeräte eignen.

Hakan Lans, der 2007 für einen Europäischen Erfinderpreis nominiert war, patentierte ein Navigationssystem, das für mehr Sicherheit im Luft- und Seeverkehr sorgt und eine effizientere Routenführung ermöglicht. Mit dem sogenannten "Self-Organised Time-Division Multiple Access-Datenlink", kurz "STDMA-Datenlink", können die von Satelliten übermittelten Standortdaten von verschiedenen Flugzeugen, Schiffen, Flugsicherungen oder Küstenwachen gemeinsam genutzt werden, wobei die Genauigkeit höher ist als beim Radar.

Um ein Beispiel aus der jüngeren Vergangenheit zu nennen: 2013 ging der Preis des European Satellite Navigation Competition an das Start-up-Unternehmen Kinexon. Wie dessen CEO Dr. Alexander Hüttenbrink im Film erklärt, übernehmen bei dem zum Patent angemeldeten System seines Unternehmens mehrere kleine Sensoren die die Funktion von Satelliten. In räumlicher Nähe dazu befinden sich Basisstationen, und so ermöglicht dieses System eine hochpräzise Lokalisierung innerhalb geschlossener Gebäude. Diese Technologie kann beispielsweise im Sport eingesetzt werden und ermöglicht es Trainern, die Bewegungen ihrer Spieler zu verfolgen und wiederholt ablaufen zu lassen. Dank seiner dreidimensionalen Genauigkeit im Zentimeterbereich könnte das System auch in Krankenhäusern und Pflegeheimen eingesetzt werden und dort sogar erkennen, wenn ein Patient stürzt.

Ausblick: Wo geht die Reise hin?

Nach Schätzungen der GSA wird sich die Zahl der in der EU gelieferten Geräte mit GNSS-Unterstützung im Jahr 2022 auf mehr als 600 Millionen jährlich belaufen, wobei der Marktanteil der standortbezogenen Dienste (LBS) und der Anwendungen für Straßennutzer am größten sein wird. Auch landwirtschaftliche Anwendungen wie zum Beispiel Traktorführung oder automatische Lenkung werden für Wachstum sorgen.

Auch neue Rechtsvorschriften auf europäischer, nationaler und internationaler Ebene für mehr Sicherheit auf den Straßen, in der Luft und auf See werden die Nachfrage nach GNSS-gestützten Diensten weiter anheizen. Als Beispiele seien hier die EU-Initiative zur Einführung des digitalen Tachografen, mit der die Einhaltung der Ruhepausen für LKW-Fahrer sichergestellt werden soll, und das eCall-System genannt, das bei Unfällen automatisch Daten an Rettungsdienste übermitteln soll. Umwelt- und Sicherheitsüberlegungen werden auch die Entwicklung von Anwendungen in den Bereichen Verkehrsüberwachung, Straßenbenutzungsgebühren, Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS) oder Pay-per-Use-Modelle beim Carsharing oder bei Versicherungen weiter vorantreiben.

Was die Innovationen in dieser Branche anbelangt, sind wir also offenbar schon auf dem richtigen Weg, und GNSS hilft uns dabei, diesen auch in Zukunft nicht zu verfehlen.

Screenshot from video on KINEXON – high-precision localisation inspired by satellitesDr. Alexander Hüttenbrink, CEO von Kinexon, erklärt, wie sein Unternehmen für eine hochgenaue Lokalisierung in geschlossenen Gebäuden kleine Sensoren einsetzt, die die Funktion von Satelliten übernehmen. Praktische Anwendung findet diese Technik beim Training von Sportlern oder im Krankenhaus.




Trends in GNSS applications:

Cumulative core revenue 2012-2022

Cumulative core revenue graph (GIF)

Quelle: http://www.gsa.europa.eu/market/market-report

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