KPS – Koreanisches Ortungssystem
Das Korean Positioning System (KPS) stellt den ehrgeizigen Plan Südkoreas für ein unabhängiges, regionales Satellitennavigationstem dar. KPS wird entscheidende Positionierungs-, Navigations- und Zeitbestimmungsdienste (PNT) in der Asien-Ozeanien-Region bereitstellen. Es zielt darauf ab, die Abhängigkeit von ausländischen Systemen wie dem US-amerikanischen GPS zu verringern. Die Regierung initiierte dieses Großprojekt im Jahr 2022. Die volle Einsatzbereitschaft wird derzeit für 2035 angestrebt. KPS soll die PNT-Stabilität für die nationale Infrastruktur signifikant verbessern und zudem zahlreiche neue inländische Industrien fördern.
KPS wird eine Konstellation aus acht dedizierten Satelliten einsetzen. Diese Anordnung umfasst drei Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn (GEO). Die verbleibenden fünf Satelliten werden eine geneigte geosynchrone Umlaufbahn (IGSO) einnehmen. Dieses Hybriddesign gewährleistet eine hohe Abdeckung und starke Signalverfügbarkeit, insbesondere über der Koreanischen Halbinsel. Die Satelliten operieren in großen Elevationswinkeln. Dieser hohe Winkel erweist sich als wesentlich für eine zuverlässige Leistung in urbanen Zentren und bergigem Terrain. Das Korea Aerospace Research Institute (KARI) leitet die Entwicklungsarbeiten. Im Rahmen des KPS-Projekts ist der Start des ersten IGSO-Satelliten für 2027 geplant.
Südkorea baut zudem ein umfangreiches Bodensegment auf. Dieses umfasst ein integriertes Operationszentrum und verschiedene Überwachungsstationen.
Frequenzen und Ziele hinsichtlich hoher Genauigkeit
KPS wird Navigationssignale über die Standard-GNSS-Frequenzen übertragen. Vorläufige Pläne sehen die Nutzung des L-Bands (1164–1300 MHz und 1559–1610 MHz) vor. Für die Signalübertragung wird zudem das S-Band (2483,5–2500 MHz) in Betracht gezogen.
Das Korean Positioning System arbeitet mit anderen Ländern zusammen, um dieselben Frequenzen zu nutzen. Das Hauptziel von KPS besteht darin, äußerst präzise Informationen über den Standort und die Ausrichtung eines bestimmten Punktes bereitzustellen. Ziel ist es, rund um die koreanische Halbinsel eine Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erreichen. Diese hohe Präzision wird durch die Kombination von KPS- und GPS-Messungen erreicht. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass diese Kombination die Genauigkeit der Standard-Punktpositionierung im Vergleich zur alleinigen Verwendung von GPS erheblich verbessern kann.
KPS wird viele Hochpräzisionsanwendungen unterstützen. Es bildet den Hauptrahmen für fortschrittliche Mobilität, einschließlich selbstfahrender Autos und Drohnen. Darüber hinaus wird KPS die Sicherheit im Transportwesen, insbesondere in der Luft- und Seefahrt, verbessern. KPS wird auch für die nationale Verteidigung, die Katastrophenbewältigung und die Präzisionslandwirtschaft von Bedeutung sein. Nach seiner Fertigstellung wird es eine robuste, unabhängige PNT-Lösung schaffen, die sicherstellt, dass die Dienste selbst in einem Notfall nicht unterbrochen werden.
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Was ist PNT?
PNT steht für „Positioning, Navigation und Timing“ – die drei Grundpfeiler, auf denen jedes moderne Navigations- oder Koordinationssystem basiert, sei es in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung, der Schifffahrt, bei autonomen Fahrzeugen oder in kritischen Infrastrukturen.
Hier ist eine übersichtliche Aufschlüsselung:
1. Positionierung
Dies beantwortet die Frage: „Wo bin ich?“
Es liefert präzise geografische Koordinaten (Breitengrad, Längengrad, Höhe). Diese werden typischerweise von GNSS (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou) oder dem INS abgeleitet, wenn GNSS nicht verfügbar ist.
Unverzichtbar für Ortung, Navigation, Kartierung und Lageerfassung.
2. Navigation
Dies beantwortet die Frage: „Wie bewege ich mich von A nach B?“
Dabei geht es um die Bestimmung von Richtung, Geschwindigkeit und Trajektorie, um ein Ziel sicher und effizient zu erreichen. Umfasst Geschwindigkeit, Kurs und Lage (Roll-, Nick-, Gierwinkel).
Wird häufig durch IMUs/INS, Sensorfusionsalgorithmen, Odometrie oder GNSS-basierte Navigation erreicht.
3. Zeitplanung
Dies beantwortet die Frage: „Wie genau ist die Uhrzeit?“
Genaue, synchronisierte Zeit ist entscheidend für die Koordination von Systemen und Signalen. Hochpräzise Zeitgebung bildet die Grundlage für Kommunikationsnetze, Militärsysteme, Stromnetze und GNSS selbst.
Selbst Fehler im Mikrosekundenbereich können zu Störungen bei der Kommunikation, bei Datenverbindungen oder bei der Standortbestimmung führen.
Warum ist PNT wichtig?
PNT bildet den Kern jedes modernen autonomen oder gelenkten Systems – sei es bei Raketen, UAVs, Fahrzeugen, USVs, AUVs oder sogar Mobilfunknetzen. Wenn GNSS beeinträchtigt oder nicht verfügbar ist, werden Inertialsysteme (IMU/INS) zum Rückgrat eines resilienten PNT.
Wie funktioniert GPS?
GPS (Global Positioning System) funktioniert durch die Nutzung einer Satellitenkonstellation, präziser Zeitmessung und Trilateration, um Ihre Position überall auf der Erde zu bestimmen.
Hier ist die einfachste und verständlichste Erklärung:
1 – Satelliten senden Signale aus
Etwa 30 GPS-Satelliten umkreisen die Erde, von denen jeder kontinuierlich Folgendes überträgt:
– Seine genaue Position im Raum
– Den genauen Zeitpunkt des Sendevorgangs (mithilfe von Atomuhren)
Diese Signale breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.
2 – Dein Empfänger misst die Laufzeit
Ein GPS-Empfänger (in Ihrem Smartphone, Ihrer Drohne, Ihrem INS usw.) empfängt Signale von mehreren Satelliten.
Indem es misst, wie lange jedes Signal gebraucht hat, um anzukommen, berechnet es die Entfernung:
Entfernung = Lichtgeschwindigkeit × Laufzeit
3 – Die Trilateration ermittelt Ihren Standort
Um Ihre Position zu ermitteln, nutzt der Empfänger die Trilateration (nicht die Triangulation):
- Mit einem Satelliten → könntest du dich an einem beliebigen Ort auf einer Kugel befinden
- Bei 2 Satelliten → schneiden sich die Kreise
- Bei 3 Satelliten → zwei mögliche Punkte
- Mit 4 Satelliten → Ihre genaue 3D-Position + Zeitkorrektur
Ihr Empfänger verfügt nicht über eine Atomuhr, daher wird der vierte Satellit benötigt, um Zeitabweichungen auszugleichen.
4 – Korrekturen verbessern die Genauigkeit
Unbearbeitete GPS-Daten weisen Fehler auf durch:
- Atmosphäre (Ionosphäre, Troposphäre)
- Abweichung der Satellitenuhr
- Fehler bei der Bahnvorhersage
- Mehrwegreflexionen (Signale, die von Gebäuden zurückgeworfen werden)
Um die Genauigkeit zu verbessern:
- SBAS (z. B. WAAS, EGNOS) liefert Korrekturdaten in Echtzeit
- RTK- und PPP-Verfahren korrigieren Fehler bis auf Zentimetergenauigkeit
- INS-Kopplung (IMU + GPS) glättet und überbrückt Signalverluste
6 – Endergebnis
Der Empfänger fasst alle Daten zusammen, um Folgendes zu schätzen:
- Breitengrad
- Längengrad
- Höhe
- Geschwindigkeit
- Genaue Uhrzeit
Moderne GPS-Empfänger führen dies Dutzende- oder Hunderte Male pro Sekunde durch.
Was sind GNSS-Frequenzen und -Signale?
▶︎ GPS
Signale und Frequenzen
L1 C/A → 1575,42 MHz
L1C → 1575,42 MHz
L2 C → 1227,6 MHz
L2 P → 1227,6 MHz
L5 → 1176,45 MHz
▶︎ GLONASS
Signale und Frequenzen
L1 C/A → 1598,0625–1609,3125 MHz
L2 C → 1242,9375–1251,6875 MHz
L2 P → 1242,9375–1251,6875 MHz
L3 → OC 1202,025
▶︎ GALILEO
Signale und Frequenzen
E1 → 1575,42 MHz
E5a → 1176,45 MHz
E5b → 1207,14 MHz
E5 AltBOC → 1191,795 MHz
E6 → 1278,75 MHz
▶︎ BeiDou
Signale und Frequenzen
B1I → 1561,098 MHz
B2I → 1207,14 MHz
B3I → 1268,52 MHz
B1C → 1575,42 MHz
B2a → 1176,45 MHz
B2b → 1207,14 MHz
▶︎ NAVIC
Signale und Frequenzen
L5 → 1176,45 MHz
▶︎ SBAS
Signale und Frequenzen
L1 → 1575,42 MHz
L5 → 1176,45 MHz
▶︎ QZSS
Signale und Frequenzen
L1 C/A → 1575,42 MHz
L1 C → 1575,42 MHz
L1S → 1575,42 MHz
L2C → 1227,6 MHz
L5 → 1176,45 MHz
L6 → 1278,75 MHz
