GNSS-Konstellationen erklärt: GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou im Vergleich
Die wichtigsten Punkte
- Eine GNSS-Konstellation ist eine Gruppe von Navigationssatelliten eines Betreibers mit eigenen Umlaufbahnen, Signalen und einem eigenen Referenzrahmen.
- GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou bieten globale Abdeckung; QZSS und NavIC sind regionale Systeme.
- GPS, Galileo und BeiDou teilen Mittenfrequenzen wie 1575,42 MHz und 1176,45 MHz, was Mehrkonstellationsempfänger vereinfacht.
- Der Empfang aller Konstellationen verdoppelt oder verdreifacht typischerweise die Zahl sichtbarer Satelliten gegenüber GPS allein.
- Mehr Satelliten ersetzen keine RTK- oder PPK-Korrekturen, wenn Zentimetergenauigkeit erforderlich ist.
Was sind GNSS-Konstellationen?
GNSS-Konstellationen sind die Satellitengruppen der jeweiligen globalen Navigationssatellitensysteme. Ein GNSS-System umfasst den gesamten Dienst: Satelliten, das Boden-Kontrollsegment zur Überwachung und Aktualisierung sowie die Signalspezifikation, mit der Empfänger Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung (PNT) berechnen.
Heute liefern vier Konstellationen globale Abdeckung: GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou. Zwei weitere, QZSS und NavIC, bedienen bestimmte Regionen. Satellitengestützte Ergänzungssysteme (SBAS) liefern zusätzliche Korrektur- und Integritätsdaten. Oft wird für alle der Begriff GPS verwendet, doch GPS bezeichnet nur das US-System; unser Artikel GNSS und GPS im Vergleich erläutert die Begriffe. Dieser Artikel vergleicht die Konstellationen selbst.
Jeder Satellit sendet seine Umlaufbahndaten, die Ephemeriden, und eine präzise Uhrzeit. Ein Empfänger misst die Signallaufzeit von mindestens vier Satelliten, um seine drei Koordinaten und seinen eigenen Uhrenfehler zu bestimmen.
Wie unterscheiden sich GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou?
Die vier globalen Konstellationen unterscheiden sich vor allem in Bahnhöhe, Zahl der Bahnebenen, Signalgestaltung und Betreiber. Alle bieten jedoch eine ähnliche autonome Genauigkeit von wenigen Metern.
| System | Betreiber | Bahnhöhe (MEO) | Bahnebenen / Neigung | Wichtigste zivile Signale | Globaler Dienst |
|---|---|---|---|---|---|
| GPS | Vereinigte Staaten (US Space Force) | Etwa 20.200 km | 6 Bahnebenen, 55° | L1 C/A, L1C, L2C, L5 | Volle Betriebsbereitschaft 1995 |
| GLONASS | Russland | Etwa 19.100 km | 3 Bahnebenen, 64,8° | L1OF, L2OF (FDMA), neueres CDMA L3OC | Vollständige Konstellation 2011 wiederhergestellt |
| Galileo | Europäische Union | Etwa 23.200 km | 3 Bahnebenen, 56° | E1, E5a, E5b, E6 | Erste Dienste seit Dezember 2016 |
| BeiDou (BDS-3) | China | Etwa 21.500 km, ergänzt durch IGSO und GEO | 3 MEO-Bahnebenen, 55° | B1I, B1C, B2a, B2b, B3I | Globaler Dienst seit 2020 |
Die GPS-Grundkonstellation besitzt 24 Orbitpositionen, üblicherweise sind rund 30 Satelliten einsatzfähig. GLONASS ist für 24 Satelliten ausgelegt, Galileo für 24 plus aktive Reserven. BeiDou-3 nutzt 24 Satelliten in mittlerer Erdumlaufbahn sowie geneigte geosynchrone (IGSO) und geostationäre (GEO) Satelliten mit verstärkter Abdeckung im asiatisch-pazifischen Raum. Die genaue Zahl ändert sich durch Starts und Außerbetriebnahmen; aktuelle Werte finden Sie auf den Statusseiten der Betreiber.
Was ist GPS, und wann wurde es erfunden?
GPS (Global Positioning System) ist das Satellitenpositionierungssystem der US-Regierung und wird von der US Space Force betrieben. Die Entwicklung begann 1973, der erste GPS-Satellit startete 1978, und 1995 wurde die volle Betriebsbereitschaft erklärt.
Für Vermesser sind zwei Meilensteine wichtig. Im Mai 2000 schalteten die USA Selective Availability, die absichtliche Verschlechterung ziviler Genauigkeit, ab. Dadurch verbesserten sich autonome GPS-Empfänger Anfang der 2000er-Jahre plötzlich von ungefähr 100 m auf rund 10 m. Später kamen die modernisierten zivilen Signale L2C und L5 hinzu. GPS-III-Satelliten senden das neue L1C-Signal, das interoperabel mit Galileo ausgelegt ist.
GPS-Anwendungen reichen heute weit über Navigation hinaus: Vermessung, Maschinenführung, Präzisionslandwirtschaft, Zeitversorgung von Telekommunikations- und Stromnetzen sowie Wissenschaft. Die offizielle Informationswebsite der US-Regierung ist gps.gov. Details zu den Signalen finden Sie in unserem Leitfaden zu GPS-Frequenzen L1, L2 und L5.
Was ist das GLONASS-System?
GLONASS ist Russlands globales Satellitennavigationssystem, ausgelegt für 24 Satelliten in drei Bahnebenen in etwa 19.100 km Höhe mit 64,8° Bahnneigung.
Die höhere Bahnneigung verbessert die Geometrie der GLONASS-Satelliten in hohen Breiten. Daher ist das System besonders in Skandinavien, Kanada und Russland nützlich. Die Konstellation erreichte 1995 ihre volle Stärke, schrumpfte im folgenden Jahrzehnt und wurde 2011 wieder auf vollständige globale Abdeckung gebracht.
Der wichtigste technische Unterschied ist die Signalstruktur. Traditionelle GLONASS-Satelliten verwenden Frequenzmultiplex (FDMA): Jeder sendet auf einer leicht anderen Frequenz um 1602 MHz (L1) und 1246 MHz (L2). Dadurch entstehen kanalabhängige Verzerrungen, die RTK-Algorithmen berücksichtigen müssen, besonders bei Basis und Rover verschiedener Hersteller. Neuere GLONASS-Satelliten senden auch Codemultiplexsignale (CDMA), etwa L3OC nahe 1202 MHz, ähnlich den anderen Systemen.
GPS und GLONASS bieten eine weitgehend ähnliche autonome Genauigkeit. Der Nutzen von GLONASS für Vermesser liegt in der zusätzlichen Satellitengeometrie, nicht in einer anderen Genauigkeitsklasse.
Was ist das Galileo-Navigationssystem?
Galileo ist das zivile globale Satellitennavigationssystem der Europäischen Union mit Satelliten in drei Bahnebenen in etwa 23.200 km Höhe und 56° Neigung. Es wird gelegentlich EU-GPS oder Galileo-GPS genannt, ist aber ein unabhängiges System mit eigenen Satelliten, Bodensegment und eigener Zeitskala.
Das Galileo-Projekt der EU wurde von der Europäischen Kommission geleitet; die Europäische Weltraumorganisation ESA war für Entwicklung und Beschaffung verantwortlich. Heute verwaltet die Agentur der Europäischen Union für das Weltraumprogramm (EUSPA) die Diensterbringung und veröffentlicht den Status auf euspa.europa.eu. Die ersten Galileo-Dienste begannen im Dezember 2016.
Wichtige Eigenschaften des Galileo-Satellitennavigationssystems für professionelle Nutzer:
- Vier Signalbänder: E1 (1575,42 MHz, gemeinsam mit GPS L1), E5a (1176,45 MHz, gemeinsam mit GPS L5), E5b (1207,14 MHz) und E6 (1278,75 MHz). E5a und E5b bilden zusammen das breitbandige E5-AltBOC-Signal, bekannt für geringes Rauschen und hohe Mehrwegeresistenz.
- High Accuracy Service (HAS): kostenlose präzise Bahn- und Uhrenkorrekturen über E6 und online, mit 2023 erklärtem Initialdienst und dem Ziel horizontaler Dezimetergenauigkeit.
- Präzise Uhren: passive Wasserstoffmaser- und Rubidiumuhren auf jedem Satelliten.
Galileo-Signale wurden von Anfang an modern ausgelegt, während GPS noch ältere Satelliten ersetzt. Für einen Messtrupp besteht der praktische Nutzen der Galileo-Konstellation einfach in mehr hochwertigen sichtbaren Satelliten.
Was ist BeiDou, und wie unterscheidet es sich von GPS?
BeiDou (BDS) ist Chinas globales Navigationssatellitensystem. Die dritte Generation BDS-3 nahm 2020 den globalen Dienst auf und kombiniert Satelliten in mittlerer Erdumlaufbahn mit IGSO- und GEO-Satelliten.
GEO- und IGSO-Satelliten bleiben über Asien und dem westlichen Pazifik, sodass BeiDou dort oft die meisten sichtbaren Satelliten liefert. Andernorts trägt es mit seinen globalen MEO-Satelliten bei. BDS-3 sendet die älteren Signale B1I und B3I sowie die neueren B1C (1575,42 MHz) und B2a (1176,45 MHz), deren Mittenfrequenzen mit GPS L1 und L5 übereinstimmen. BeiDou bietet außerdem Dienste, die andere Systeme nicht besitzen, etwa Kurznachrichtenkommunikation und PPP-B2b-Korrekturen für präzise Einzelpunktpositionierung im asiatisch-pazifischen Raum.
BeiDou und GPS erreichen weltweit eine ähnliche autonome Genauigkeit. Käufer sollten nicht zwischen beiden wählen, sondern prüfen, ob der Empfänger beide verfolgt: GPS und BeiDou gemeinsam liefern in Ostasien eine deutlich bessere Geometrie als jedes System allein.
Welche regionalen Systeme und Ergänzungsdienste erweitern GNSS?
Neben den vier globalen Systemen verbessern regionale Konstellationen und SBAS Verfügbarkeit und Genauigkeit in bestimmten Gebieten.
| System | Typ | Abdeckung | Zusätzlicher Nutzen |
|---|---|---|---|
| QZSS | Regionale Konstellation (Japan) | Japan und Asien-Ozeanien | GPS-kompatible Signale mit hoher Elevation sowie L6-Korrekturen mit Zentimetergenauigkeit in Japan |
| NavIC | Regionale Konstellation (Indien) | Indien und ein Umkreis von etwa 1.500 km | Zusätzliche Satelliten auf L5 und S-Band, neuere Satelliten auch auf L1 |
| SBAS (z. B. WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN) | Ergänzung durch geostationäre Satelliten | Kontinental | Korrekturen und Integrität für Submeter- bis Metergenauigkeit |
| Dienste für präzise Einzelpunktpositionierung | Korrekturen per Satellit oder Internet | Global oder regional | Dezimeter- bis Zentimetergenauigkeit nach Konvergenz |
Ein Vollbandempfänger kann alle diese Systeme nutzen. Unsere Smart-Antenne S20 für Fahrzeuge unterstützt beispielsweise GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS, NavIC und SBAS.
Warum sind Mehrkonstellations-GNSS-Empfänger für die Vermessung wichtig?
Mehr Satelliten aus mehr Richtungen ermöglichen eine schnellere RTK-Initialisierung, zuverlässigere Fixed-Lösungen und brauchbare Ergebnisse an Orten, an denen ein reiner GPS-Empfänger versagt.
Bei freier Sicht zum Himmel sieht ein reiner GPS-Empfänger typischerweise etwa 8 bis 12 Satelliten. Mit allen vier globalen Konstellationen verfolgen Vermessungsempfänger regelmäßig 30 bis 40 oder mehr. Unsere Ingenieure bemerken den Unterschied besonders in vier Situationen:
- Straßenschluchten und Gebäudeecken, wo die Hälfte des Himmels abgeschattet ist.
- Baumbestand und Feldränder, wo Signale abgeschwächt und reflektiert werden.
- Tagebaue und Täler, wo das Gelände tief stehende Satelliten verdeckt.
- Lange Arbeitstage, während derer die Geometrie eines einzelnen Systems zeitweise ungünstig ist.
Zusätzliche Satelliten ersetzen keine Korrekturen. Autonomes Multi-GNSS bleibt im Meterbereich; Zentimeterarbeiten benötigen RTK, Netzwerk-RTK über NTRIP oder Nachbearbeitung, wie unser NTRIP- und CORS-Leitfaden erklärt. Mehrkonstellationsempfang hilft auch anderen Nutzern: GNSS für Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Drohnen und Zeitempfänger gewinnt durch zusätzliche Satelliten an Verfügbarkeit.
GNSS-Empfänger und Antennen für alle Konstellationen auswählen
Wählen Sie Empfänger und Antenne für alle vier globalen Konstellationen auf mindestens zwei, besser drei Frequenzbändern. Bestätigen Sie außerdem, dass der RTK-Algorithmus tatsächlich jedes System in der Lösung nutzt.
- Konstellationen und Signale prüfen. Achten Sie auf GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou mit modernen Signalen wie L5, E5a/E5b und B2a, nicht nur L1/L2.
- Antenne prüfen. Basisstationen und CORS-Standorte benötigen eine Vollbandantenne mit stabilem Phasenzentrum und guter Mehrwegeunterdrückung.
- Korrekturformate prüfen. Basis oder Netzwerk müssen Mehrkonstellationsnachrichten im Format RTCM 3 MSM senden, sonst kann der Rover nicht alle Satelliten nutzen.
- Am Einsatzort testen. Vergleichen Sie Zeit bis zur Fixed-Lösung und deren Verfügbarkeit unter Bäumen oder nahe Gebäuden, nicht nur auf einem freien Parkplatz.
Unser GNSS-RTK-Empfänger E1 verwendet ein 1408-Kanal-Modul für alle Konstellationen und arbeitet als Basis, Funk-Rover oder Netzwerk-Rover. Für feste Basen empfängt die geodätische GNSS-Antenne SA102 GPS, BDS, GLONASS, Galileo, QZSS, SBAS und L-Band, einschließlich Galileo E1, E5a, E5b und AltBOC. Teams innerhalb der CORS-Abdeckung können den 409 g leichten Mini-Netzwerk-RTK-Rover mit demselben 1408-Kanal-Modul verwenden. Unser Kaufleitfaden für GNSS-RTK-Empfänger behandelt weitere Kriterien. Für ein vollständiges Set können Sie ein Angebot anfordern.
Häufig gestellte Fragen
Wie viele GNSS-Konstellationen gibt es?
Es gibt vier globale GNSS-Konstellationen: GPS aus den USA, GLONASS aus Russland, Galileo aus der Europäischen Union und BeiDou aus China. Zwei regionale Systeme, QZSS in Japan und NavIC in Indien, ergänzen Satelliten über ihren Regionen; SBAS-Dienste wie WAAS und EGNOS liefern Korrekturen. Vermessungsempfänger können alle gemeinsam nutzen.
Ist Galileo genauer als GPS?
Die autonome Genauigkeit von Galileo und GPS ist ähnlich: typischerweise wenige Meter bei Einfrequenznutzung und besser mit zwei Frequenzen. Galileo besitzt moderne Signale und präzise Uhren; sein kostenloser High Accuracy Service zielt auf Dezimetergenauigkeit. Für Zentimetervermessung benötigen beide weiterhin RTK- oder PPK-Korrekturen. Gemeinsam liefern sie bessere Ergebnisse als einzeln.
Was unterscheidet GLONASS von Galileo?
Die Hauptunterschiede liegen in Umlaufbahn und Signalgestaltung. GLONASS umläuft die Erde niedriger, in etwa 19.100 km Höhe mit 64,8° Bahnneigung, was in hohen Breiten hilft, und verwendet Frequenzmultiplexsignale. Galileo fliegt in etwa 23.200 km Höhe und verwendet Codemultiplexsignale auf gemeinsam mit GPS genutzten Frequenzen. Das vereinfacht Empfängerdesign und Verarbeitung.
Funktioniert GPS in Russland?
Ja. GPS-Satelliten senden weltweit, daher sind GPS-Signale in Russland ebenso verfügbar wie anderswo. Die meisten dort verkauften Empfänger kombinieren GPS und GLONASS. Wie in jeder Region können lokale Störungen oder Störsender nahe sensiblen Bereichen den Empfang zeitweise beeinträchtigen. Auch deshalb bevorzugen professionelle Nutzer Empfänger für mehrere Konstellationen und Frequenzen.
Was unterscheidet PNT von GPS?
PNT steht für Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung, die drei Dienste eines Satellitennavigationssystems. GPS ist ein bestimmtes System, das PNT liefert. Weitere PNT-Quellen sind die übrigen GNSS-Konstellationen, Inertialsensoren und terrestrische Funksysteme. Planer kritischer Infrastruktur verwenden PNT als Begriff, weil sie eine Widerstandsfähigkeit anstreben, die nicht von einem einzigen System abhängt.
Was unterscheidet DGPS von GPS?
Autonomes GPS berechnet Positionen allein aus Satellitensignalen mit einigen Metern Genauigkeit. Differenzielles GPS (DGPS) ergänzt Korrekturen einer Referenzstation oder von SBAS und verbessert die Genauigkeit auf ungefähr unter einen Meter bis einen Meter. RTK geht weiter und nutzt Trägerphasen für Zentimetergenauigkeit. Unser Artikel zu GNSS-Korrekturverfahren vergleicht DGPS, RTK, PPK und PPP ausführlich.
Sind Satellitennavigation und GPS dasselbe?
Nicht genau. „Sat Nav“ ist ein alltäglicher englischer Begriff für Satellitennavigation und meint oft ein Navigationsgerät im Auto. GPS ist dagegen das US-Satellitensystem, das die meisten dieser Geräte nutzen. Das Navigationsgerät ist also das Produkt, GPS ist – häufig zusammen mit Galileo, GLONASS und BeiDou – seine Signalquelle.
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Nennen Sie uns Aufgabe, Land und Menge. Ein Ingenieur antwortet innerhalb eines Werktags mit Konfiguration und Preis. Die Mindestbestellmenge beträgt ein Gerät; OEM ist möglich.
