Patronat nad projektem objęły: ESA (Europejska Agencja Kosmiczna), Komisja Europejska (KE),

Transkrypt

1

2 Początki Dynamiczny rozwój systemów nawigacji satelitarnej i ich wykorzystania w bardzo wielu dziedzinach życia codziennego, przyczynił się do faktu, że także w Europie zaczęto myśleć nad stworzeniem własnego systemu. Komisja Unii Europejskiej w połowie lat 90 ogłosiła rezolucję, dotyczącą europejskiego komponentu globalnego systemu nawigacji satelitarnej (Europejski Program Nawigacji Satelitarnej ang. European Satellite Navigation Action Programme - ESNAP), którego to składowe stanowią projekty GNSS-1 oraz projekty GNSS-2.

3 Prace nad projektem GNSS-1 zostały rozpoczęty w 1995 roku i zostały opracowany przez specjalistów z ICAO/GNSS (ang. International Civil Aviation Organization / Global Navigation Satellite System). Założeniem projektu było stworzenie systemu EGNOS (ang. European Geostationary Navigation Overlay Service) należącego do grupy systemów SBAS (ang. Satellite Based Augmentation System), który korzysta z sygnałów emitowanych przez satelity systemu GPS oraz GLONASS. Patronat nad projektem objęły: ESA (Europejska Agencja Kosmiczna), Komisja Europejska (KE), EUROKONTROL (Europejska Organizacja dla Bezpieczeństwa Nawigacji Powietrznej).

4 EGNOS swoje działanie opiera na: pomiarze pseudoodległości do satelitów systemu GPS pomiarze pseudoodległości do satelitów systemu GLONASS* *w zależności od operacyjności rosyjskiego systemu nawigacji satelitarnej. Ostatnie informacje podane przez Ministra Obrony Rosji zapowiadają operacyjność systemu na rok 2010

5 Założenia systemu EGNOS ciągłość dostępność wiarygodność

6 Architektura system EGNOS Segment przestrzenny Segment użytkownika Segment naziemny

7 Na segment naziemny EGNOS-a składają się: - 34 stacje RIMS (ang. Ranging and Integrity Monitoring Stations), - 4 centra kontrolne MCC (ang. Mission Control Centers), - 6 stacji NLES (ang. Navigation Land Earth Stations). - Sieć EWAN (ang. EGNOS Wide Area Network). - Narzędzia wspierające (ang. Support Facilities).

8 Rozmieszczenie stacji RIMS

9 Stacje RIMS składają się z: - elementu odbiorczego składającego się z anteny oraz odrobinka, który ma za zadanie odbiór sygnałów z satelitów systemów GPS/GLONASS, a także odbiór sygnałów emitowanych przez satelity geostacjonarne systemu EGNOS, - atomowego zegara, który służy w celu uniezależnienia się od czasu podawanego przez satelity nawigacyjne, - głównego komputera, - sieci FEE (ang. Front End Equipment), która poprzez odpowiednie urządzenia podłącza się do sieci łącznościowej całego EGNOS-a.

10 Stacje RIMS Stacje RIMS można również rozpatrzyć pod względem kanałów ją tworzących. Rozróżniamy kanały A, B i C. W skład systemu EGNOS wchodzą 34 stacje RIMS z kanałem A, 33 stacje z kanałem B oraz 15 stacji z kanałem C (w Warszawie, w Centrum Badań Kosmicznych, Polskiej Akademii Nauk znajduje się jedna ze stacji RIMS z kanałami A i B). Kanał A dane z tego kanału służą do obliczenia danych potrzebnych do stworzenia wiadomości systemu EGNOS. Kanał B dane z tego kanału używane są w celu weryfikacji i sprawdzenia wiadomości obliczonej na podstawie danych dostarczonych z kanału A. Kanał C dane z tego kanału używane są w celu wykrycia błędów w sygnale dostarczanym przez satelity GPS (ang. Satellite Failure Detection - SFD).

11 Dane uzyskane przez RIMS-y służą do: - obliczenia poprawek - do pomiarów aktualnych błędów pozycji określanej przez system GPS (ewentualnie GLONASS), - obliczania błędów poprawek, - obliczania rezyduów otrzymanych po zastosowaniu poprawek wyznaczonych przez system EGNOS, - stacje RIMS dokonują również okresowej kontroli wiarygodności informacji przeznaczonych dla użytkownika końcowego systemu EGNOS.

12 Dokładność danych przekazywanych przez stacje RIMS warunkowana jest: - precyzją określonych współrzędnych poszczególnych stacji RIMS, - precyzją i stabilnością wzorca częstotliwości.

13 Stacja RIMS w CBK PAN, Warszawa Antena kanału A stacji RIMS Antena kanału B stacji RIMS

14 Stacja RIMS w CBK PAN, Warszawa Osłona przeciw zakłóceniowa Antena

15 Stacja RIMS w CBK PAN, Warszawa Odbiornik kanału A, B oraz element łączący stacje RIMS- WRS do systemu EGNOS Zasilacz awaryjny (UPS)

16 Centra kontrolne MCC Zadania: - zarządzanie i kontrola całego systemu EGNOS, - rola "łącznika" dla innych części systemu (połączenie z innymi elementami systemu jest realizowane za pomocą sieci EWAN (ang. EGNOS Wide Area Network)), - przetwarzanie danych otrzymanych z pozostałych komponentów, - weryfikacja otrzymanych danych, - archiwizacja otrzymanych danych.

17 Każde z centrów MCC zawiera następujące jednostki składowe: - CCF (ang. Central Control Facility), - CPF (ang. Central Processing Facility).

18 Jednostki CCF realizują następujące funkcje: - kontrolowanie segmentu naziemnego EGONS-a, - zarządzanie segmentem naziemnym EGNOS-a oraz konfiguracja jego oprogramowania, - monitorowanie czynności wykonywanych przez system EGNOS, - archiwizacja danych przepływających przez sieć EWAN, - sporządzanie raportów z pracy komponentów segmentu naziemnego EGNOS-a.

19 Główne funkcje jednostek CPF: - generują one poprawki WAD (ang. Wide Area Differential) i przystosowują je do postaci przystępnej dla użytkownika końcowego, który znajduje się w zasięgu działania systemu, - monitorowanie i zapewnianie wiarygodności poprawek WAD, która jest weryfikowana poprzez obliczanie pozycji po zastosowaniu poprawek systemu EGNOS.

20 Dodatkowe funkcje jednostek CPF: - wyznaczanie różnicowych poprawek dla satelitów systemu GPS i GLONASS, - informacje o opóźnieniach w docieraniu sygnału, wywołanych przejściem sygnału przez jonosferę, - informacje o pozycji satelitów geostacjonarnych, - wyznaczanie różnic pomiędzy czasem UTC, a czasem systemu EGNOS.

21 Zadania: Stacje NLES - wysyłanie wiadomości WAD (ang. Wide Area Differential) do satelitów geostacjonarnych, w celu ich dalszego rozsyłania, - odbieranie sygnału nadawanego przez satelity geostacjonarne, w celu ich dalszego przesłania do jednostek CPF, poprzez sieć EWAN, - zarówno wysyłanie sygnału tworzonego przez EGNOS-a, jak również jego późniejsze odbieranie sprawia, że stacje NLES są również uczestnikiem sprawdzania wiarygodności całego systemu EGNOS.

22 Sieć EWAN Do zadań jakie postawiono przed siecią EWAN, należy łączenie odległych geograficznie elementów naziemnych systemu EGNOS w jedną funkcjonalną całość, Sieć EWAN jest monitorowana poprzez SST (ang. System Supervision Team). SST jest systemem umiejscowionym w MCC. Dzięki niemu można zdalnie monitorować i zarządzać, niektórymi komponentami systemu EGNOS. Protokoły, które są używane przez sieć EWAN: - UDP/IP - TCP/IP - SNMP

23 Narzędzia wspierające - Performance Access Check out Facility (PACF). Jest to jednostka odpowiedzialna za bezawaryjne działanie i funkcjonowanie systemu. Wśród zadań, które wykonuje jednostka PACF można wyróżnić m.in. analizę występujących błędów, zapobieganie tym błędom w celu wyeliminowania ich na przyszłość, konserwację systemu. - Application Specific Qualification Facility (ASQF). Zadania jakie postawiono przed tą komórką to tworzenie oraz dostarczenie środków technicznych, które pozwolą na weryfikację czy aplikacje opierające swoje działanie na systemie EGNOS działają w pełni poprawnie i wiarygodnie.

24 Rozmieszczenie elementów segmentu naziemnego EGNOS-a

25 Segment przestrzenny Na segment przestrzenny systemu EGNOS składają trzy satelity geostacjonarne: - Inmarsat III AOR-E (15,5 º W), - Inmarsat III IOR (64,5 º E), - Artemis (21,5 º E), które transmitują do użytkowników systemu EGNOS, dane dostarczone z segmentu naziemnego za pomocą stacji NLES.

26 Obszar Ziemi, jaki obejmują swoim zasięgiem satelity geostacjonarne, systemu EGNOS

27 Segment użytkownika Na segment użytkownika składają się wszelkie nawigacyjne odbiorniki GPS/GLONASS, które mają wbudowaną funkcję współpracy z systemem EGNOS. Opcja EGNOS

28 Signal in Space (SIS) sygnał emitowany przez system EGNOS Sygnał ten został zdefiniowany poprzez standardy minimalnych osiągów operacyjnych (ang. Minimum Operational Performance Standards - MOPS). Standard określa m.in. następujące parametry sygnału: - przepustowość ograniczona do 250 bitów na sekundę (bps), - prawdopodobieństwo otrzymania błędnej informacji (ang. Hazardously Misleading Information - HMI) poniżej czas, po którym użytkownik zostanie poinformowany o braku wiarygodności otrzymywanych informacji musi być mniejsze niż 6 sekund, - dostępność sygnału systemu, musi być wyższa niż 99.9%.

29 Sygnał rozsyłany przez system EGNOS składa się z różnego typu wiadomości. Poszczególne wiadomości zawierają w sobie jeden lub więcej parametrów. W większości wiadomości zawarte są poprawki. Podczas jednego cyklu GPS jest transmitowana tylko jedna wiadomość. W związku z tym: - częstotliwość dostarczania niektórych parametrów jest większa niż innych, - użytkownik końcowy odbiera sygnał EGNOSA przez kilka sekund. Dzięki temu uzyskuje on pełną listę parametrów korygujących sygnał systemów nawigacyjnych.

30 Wiarygodność system EGNOS Wiarygodność EGNOS-a określają trzy parametry: - wartość do zgłoszenia alarmu (ang. Alarm Limit lub ang. Alert Limit), - czas do zgłoszenia alarmu (ang. Time to Alarm lub ang. Time to Alert), - trzecim parametrem określającym wiarygodność sygnału systemu jest prawdopodobieństwo nie wykrycia dwóch powyżej opisanych zdarzeń.

31 Obszar bezpieczny i zagrożony dla wyznaczanej pozycji po zastosowaniu sygnału EGNOSA

32 Związki pomiędzy parametrami określającymi wiarygodność systemu EGNOS

33 Związki pomiędzy parametrami określającymi dostępność systemu EGNOS

34 Związki jakie muszą zostać spełnione dla otrzymania Hazardously Misleading Information - HMI

35 Systemy wspomagania satelitarnego (ang. Satellite Based Augmentation Systems SBAS). Porozumieniu MOPS (ang. Minimum Operational Performance Standards) zapewnia, że emitowane sygnały przez poszczególne systemu wspomagania satelitarnego mają identyczną strukturę

36 EGNOS: European Geostationary Navigation Overlay Service WAAS: US Wide Area Augmentation System MSAS: Japanese MTSAT Satellite Augmentation System CWAAS: Candian WAAS SNAS: Chinese Satellite Navigation Augmentation System GAGAN: GPS and GEO Augmented Navigation

37 Rozwój systemu EGNOS Krok 1 Krok 2 EGNOS V2.1 w 2006 EGNOS V2.2 w 2007/8 EGNOS V2.3 w 2008/9 EGNOS V3 w 2010/11

38 EGNOS V2.1 - stworzenie serwera danych systemu EGNOS (ang. EGNOS Data Server), który umożliwi dostęp do danych systemu w czasie rzeczywistym, poprzez inne media np. Internet (SISNET), RTCM, RDS itp., - rozszerzenie systemu EGNOS na kraje Basenu Morza Śródziemnomorskiego, - sprawdzenie technologii wykorzystywanych w systemie EGNOS, zarówno sprzętowych jak i kwestii oprogramowania przed fazą operacyjnego uruchomienia systemu.

39 EGNOS V2.2 - koncepcja regionalnych modułów rozszerzających działanie systemu (ang. Regional Extensiom Module REM), - rozszerzenie systemu na kontynent afrykański, - usługa ESA LIVE, której zadanie będzie dostarczenie informacji o różnego rodzaju klęskach żywiołowych poprzez usługi oferowane przez EGNOS-a.

40 EGNOS V2.3 - wprowadzanie wiadomości w standardzie L5 oraz nadawanie jej przez satelity geostacjonarne, - rozbudowa odbiorników RIMS, w celu odbierania nowych sygnałów systemu GPS L1/L5, systemu GALILEO oraz zmodernizowanego rosyjskiego systemu GLONASS.

41 EGNOS V3 - praca operacyjna systemu EGNOS na częstotliwości L5 systemu GPS, na podstawie danych uzyskiwanych z systemu GALILEO oraz zmodernizowanego GLONASSA, - robocze prace na stworzeniem wielo konstelacyjnego systemu regionalnego (ang. Multi-constellation Regional System - MRS). Schemat MRS

42 Zabezpieczenia systemu EGNOS EGNOS jest systemem z zamkniętą pętlą. Dane, które wcześniej zostały wytworzone przez system, są następnie wykorzystywane do modyfikacji sygnału podczas następnej transmisji. W systemie EGNOS można wyróżnić: - zewnętrzną pętlę (ang. Outer Loop ), - długą pętlę (ang. Long Loop), - pętla zwrotna CPF NLES (ang. CPF NLES feedback loop).

43 Schemat przebiegu pętli zewnętrznej, ang. Outer Loop

44 Schemat przebiegu pętli długiej, ang. Long Loop

45 Schemat przebiegu pętli zwrotnej CPF NLES

46 Podsumowanie System EGNOS jest system wspomagającym obecnie istniejące, wojskowe systemy nawigacyjne. Jego zadania oraz rozwój są ściśle określone, jednakże w celu spełnienia wszystkich wymogów, a szczególnie tych dotyczących bezpieczeństwa systemu, a także bezpieczeństwa informacji jakie będą przekazywane użytkownikowi końcowemu, musi przejść fazę testów, co ma miejsce w obecnym czasie. Gdy już jednak system wejdzie w fazę operacyjną, dane jakie będzie można z niego uzyskać, pozwolą na lepsze i szersze wykorzystanie obecnych systemów nawigacji satelitarnej.