Rewolucja w świecie nawigacji

Powstający właśnie system Galileo z założenia będzie konkurencyjny wobec amerykańskiego pierwowzoru GPS, który na stałe zdążył już zagościć w naszych samochodach. Galileo, podobnie jak amerykański GPS stworzy szansę bardzo precyzyjnego określenia położenia w dowolnym miejscu na świecie. Opisujemy jak powstaje ta technologia i kiedy wejdzie do powszechnego użytku.

GPS

Każdy system nawigacji działa dzięki sieci satelitów znajdujących się na orbitach okołoziemskich. Wprowadzenie nowego systemu wiąże się wiec z umieszczeniem swojej siatki satelitów. Każdy system nawigacji składa się z trzech segmentów. Segmentu kosmicznego (sieć satelitów), segmentu użytkownika (czyli urządzeń potrafiących odbierać sygnał satelitarny i przetwarzać go tak aby móc określić swoją pozycję) i segment kontroli naziemnej. W jego skład najczęściej naziemny segment kontroli satelitów (GSC- Ground Control System) kontrolujący prace i stan techniczny satelitów i naziemny system kontrolowania całego systemu.

Zasada wyznaczania pozycji opiera się na pomiarze czasu pomiędzy odbiornikiem a satelitami. Chcąc określić dokładne położenie nasz odbiornik musi się skontaktować przynajmniej z trzema satelitami i wówczas jest w stanie określić nie tylko naszą pozycję, ale i wysokość na jakiej się znajdujemy. Jednak dopiero pomiar z czterech satelitów pozwala na wykluczenie błędu pomiarowego czy zniwelowania różnić wynikających z zastosowanych zegarów, które w przypadku GPS-esów są tanie i nie tak precyzyjne. Oczywiście im więcej satelitów, tym precyzyjniej można określić pozycję odbiornika.

Selektywna Dostępność (SA)

Departament obrony nie chcąc zaszkodzić samemu sobie opracował funkcję zwaną selektywną dostępnością (Selective Availability - SA) dla systemu NAVSTAR, która ogranicza dokładność nawigacji GSP dla użytkowników cywilnych. Obawiano się użyciu systemu GPS przez grupy terrorystyczne czy wrogie rządy dysponujące bronią dalekiego zasięgu. Dopiero w 2000 roku prezydent Bill Clinton ogłosił całkowite zlikwidowanie tej funkcji.

Nadawane przez satelity sygnały bez problemów przechodzą przez chmury, szkło, plastik, ale zazwyczaj nie przechodzą przez trwałe obiekty, takie jak budynki czy skały.

Odbiornik umieszczony np. w nawigacji samochodowej odbiera sygnał, który zawiera informację o czasie wysłania sygnału ,układzie satelitów na niebie (tzw. almanach) oraz informację o ich teoretycznej drodze oraz odchyleń od niej (tzw. efemeryda). Różnica pomiędzy wysłaniem z satelity a odebraniem przez nasz odbiornik sygnału jest podstawą do wyliczenia odległości pomiędzy odbiornikiem a satelitą, a także położenie satelity w momencie nadawania sygnału.

W przypadku sytemu GPS po każdej z sześciu orbit o nominalnej wysokości 20183 km nad powierzchnią planety i nachylonych do równika pod kątem 55 stopni poruszają się cztery satelity. Każdy z nich okrąża ziemię w 11 godzin i 58 minut a orbity są tak zaprojektowane, aby odbiornik GPS zawsze odbierał sygnały od przynajmniej 4 satelitów. W skład systemu GPS wchodzi 24 podstawowych satelitów i 6 rezerwowych.

Galileo

Europejski system nawigacyjny Galileo jest jak na razie jedynym, który od początku tworzony jest przez cywilne. To wspólny projekt Europejskiej Agencji Kosmicznej (ang. European Space Agency) i Unii Europejskiej. Obecnie w ramach tego projektu do współpracy przystąpiły również chiny i Izrael.

Kontrolę nad nim sprawować ma Europejska Agencja Kosmiczna, która ma między innymi czuwać nad ciągłością jego pracy. To istotna cecha w porównaniu do systemów GPS jak i GLONASS, które charakteryzują się wojskowym pochodzeniem nie gwarantują nieprzerywalności działania.

Teoretycznie realizacja tego projektu ma stworzyć duże zapotrzebowanie w dziedzinie najnowszych rozwiązań telekomunikacyjnych i dać pracę dla ok. 140 tys. Program miał być wdrożony i uruchomiony w 2008 roku, ale jak to w życiu bywa terminu ukończenia minął a Galileo ciągle nie działa. W 2009 roku przedstawiciel Komisji Europejskiej poinformował, że pełna operacyjność systemu Galileo nastąpi najwcześniej w 2016 roku. W 2010 roku po raz kolejny przesunięto datę uruchomienia systemu na lata 2017-2018.

Domyślnie ma się on składać z 30 satelitów (27 podstawowych i 3 zapasowych) rozmieszczonych na trzech orbitach na wysokości 23616 km. Satelity będą nadawać 10 sygnałów w trzech pasmach częstotliwości. Sygnały oznaczone numerami 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 i 10. Pozostałe sygnały będą szyfrowane i dostępne tylko dla użytkowników mających dostęp do serwisu komercyjnego CS i serwisu regulowanego publicznie PRS. Część sygnałów nie będzie zawierać żadnych danych i będzie przeznaczona do wyznaczania poprawki jonosferycznej w celu zwiększenia dokładności. Będzie to istotna przewaga Galileo nad systemem NAVSTAR-GPS dysponującym począwszy od satelitów bloku IIR-M zaledwie trzema częstotliwościami.

Galileo

W systemie Galileo funkcjonować będą cztery usługi nawigacyjne oraz jedna wspomagająca badania i poszukiwania. Zostały one tak pomyślane, by zadowolić wszystkich potencjalnych użytkowników systemu, poczynając od profesjonalistów, poprzez naukowców, a na masowych użytkownikach kończąc. Serwisy oferowane przez system są następujące:

• Open Service (Serwis Otwarty) - powszechnie dostępny, bezpłatny serwis zapewniający dokładny pomiar czasu i pozycji,

• Safety of Life Service (Serwis Bezpieczeństwa Życia) - powszechnie dostępny pod warunkiem stosowania odbiorników posiadających odpowiednie certyfikaty, bezpłatny serwis zapewniający dokładny pomiar czasu i pozycji (dokładność lokalizacji jak w Serwisie Otwartym) z gwarancją jakości i dokładności sygnału. Będzie posiadał funkcję ostrzegania użytkownika o wadliwym działaniu systemu,

• Commercial Service (Serwis Komercyjny) - serwis płatny zapewniający pomiary o zwiększonej precyzji (dzięki wykorzystaniu dwóch dodatkowych sygnałów kodowych) oraz gwarancję jakości i dokładności sygnału. Będzie posiadał funkcję ostrzegania użytkownika o wadliwym działaniu systemu zapewniając tym samym większą wydajność,

• Public Regulated Service (Regulowany Serwis Publiczny) - serwis bezpłatny dla członków Unii Europejskiej, zapewniający organom administracji państwowej, władzom odpowiedzialnym za ochronę cywilną oraz bezpieczeństwo narodowe dokładny pomiar czasu i pozycji w oparciu o dodatkowe kodowane sygnały, odseparowane od innych, w celu gwarancji jakości i ciągłości usług. Serwis ten umożliwi rozwinięcie w krajach UE aplikacji, które ulepszą instrumenty wykorzystywane przy walce z nielegalnym eksportem czy nielegalnymi migracjami,

• Search and Rescue Service (Serwis Poszukiwania i Ratownictwa) - powszechnie dostępny dla wszystkich zainteresowanych, bezpłatny serwis zapewniający precyzyjną lokalizację i komunikację zwrotną pomiędzy wysyłającym sygnał ratunkowy, a operatorem usługi.

Źródło galileo.kosmos.gov.pl

Ciekawostką jest fakt, że system GALILEO będzie również umożliwiać dwukierunkową komunikację pomiędzy satelitami a stacjami kontrolnymi. Dzięki temu możliwe będzie przekazanie otrzymanych sygnałów awaryjnych lub wskazanie lokalizacji użytkownika i wysłanie wiadomości potwierdzającej, że pomoc jest w drodze. 30 satelitów ma zapewnić nie tylko dużą dokładność systemu GALILEO, ale również informować użytkowników jak dokładne są dostarczane sygnały, nawet w momencie ich wysyłania.

GPS z Galileo

Najistotniejsze jest jednak to że system Galileo nie jest oderwany od konkurencyjny rozwiązań a jest wręcz zaprojektowany do tego aby z nimi współpracować. Dotyczy to zarówno systemów nawigacji satelitarnej (GPS, GLONASS, EGNOS, LORAN-C), jak również nienawigacyjnych To istotna rewolucja bo wyobraźmy sobie co się stanie z połączenia systemów GPS i Galileo. Jakość pozycjonowania będzie wówczas stałą na bardzo wysokim poziomie, zwiększy się też dostępność usługi pozycjonowania jak obliczając eksperci do 95% zurbanizowanych terenów (obecnie GPS zapewnia pokrycie 50 % zurbanizowanych terenów).


Zobacz również