NAWIGACYJNE SYSTEMY SATELITARNE, STAN DZISIEJSZY I PERSPEKTYWY

Transkrypt

1 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO nr 21 AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI 2008 JACEK JANUSZEWSKI Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji NAWIGACYJNE SYSTEMY SATELITARNE, STAN DZISIEJSZY I PERSPEKTYWY Streszczenie: Kilka ostatnich lat przyniosło wiele istotnych zmian w statutach operacyjnych i parametrach eksploatacyjnych nawigacyjnych systemów satelitarnych GPS i GLONASS, odmianie różnicowej tychże systemów oraz satelitarnych systemów wspomagających SBAS, takich jak EGNOS i WAAS. Dlatego też w artykule omówiono rozległe plany modernizacyjne w/w systemów dotyczące między innymi nowych generacji satelitów, nowych sygnałów przeznaczonych dla użytkowników cywilnych, nowych stacji śledzących, przedstawiono również szczegółowe dane o systemach obecnie budowanych, takich jak Galileo i Compass (systemy globalne), GAGAN (wspomagający) oraz QZSS i IRNS (regionalne). WPROWADZENIE Ostatnie lata to okres bardzo dynamicznego rozwoju nawigacyjnych systemów satelitarnych, zarówno tych globalnych, jak i regionalnych i wspomagających. Znaczące zmiany można odnotować również w różnego rodzaju wersjach odmiany różnicowej tychże systemów. Bieżący status oraz szczegółowe plany modernizacyjne poszczególnych systemów przedstawiane są na wielkich międzynarodowych konferencjach poświęconym systemom satelitarnym (np. European Navigation Conference, Technical Meeting of The Institute of Navigation) oraz w licznych artykułach publikowanych na łamach literatury specjalistycznej (np. European Journal of Navigation, GPS World, Inside GNSS). Obecnie liczbę użytkowników tych systemów na świecie szacuje się od 50 do 100 mln, przy czym rzeczywista ich liczba jest trudna do zdefiniowania. W praktyce zdecydowana większość użytkowników korzysta z odbiorników systemu GPS określających swą pozycję na podstawie odbioru sygnałów jedynie na częstotliwości L1 z wykorzystaniem kodu C/A. 55

2 1. SYSTEM GPS Od kilku już lat system GPS jest jedynym, w pełni operacyjnym, nawigacyjnym systemem satelitarnym o zasięgu globalnym, powszechnie używanym nieodpłatnie we wszystkich rodzajach transportu i innych dziedzinach gospodarki oraz w życiu codziennym przez coraz większą liczbę użytkowników indywidualnych. Rozpoczęcie budowy systemu Galileo, a ostatnio również systemu Compass, sprawiło, że zarządzający systemem GPS podjęli szereg decyzji dotyczących zakrojonej na szeroką skalę takiej modernizacji systemu, by po jej zakończeniu parametry GPS z punktu widzenia użytkowników cywilnych nie były gorsze od tych, jakie zapewnić mają w przyszłości budowane systemy. Przez parametry systemu należy tu rozumieć liczbę i rodzaj sygnałów oraz serwisów dostępnych dla poszczególnych użytkowników, a także strukturę segmentu naziemnego Segment kosmiczny Na przełomie stycznia i lutego 2008 segment kosmiczny liczył 30 satelitów operacyjnych, w tym 13 należących do bloku IIa, 12 do bloku IIR i 5 do bloku IIR M. Na orbitach A, B, C i E znajdowało się po 5 satelitów, a na orbitach D i F odpowiednio 4 i 6. Najdłużej funkcjonującym, bo od marca 1992 roku, czyli od przeszło 15 już lat, był znajdujący się na orbicie A satelita bloku IIa, oznaczony numerem PRN = 25. Na wszystkich orbitach satelity rozmieszczone były nierównomiernie. Jedną z głównych przyczyn wyłączenia z eksploatacji satelitów bloku IIa jest przedłużająca się awaria, czy też wręcz definitywne zaprzestanie swej działalności przez ostatni sprawny wzorzec czasu. W wypadku satelitów najnowszej obecnie wersji, czyli należących do bloku IIR M (pierwszy z nich o numerze PRN=17 został wyniesiony w kosmos w dniu 26 września 2005) emitowanych jest aż 6 sygnałów. Oprócz trzech sygnałów (L1 C/A, L1 P/Y i L2 P/Y) emitowanych przez satelity poprzednich wersji, czyli bloki II, IIa i IIR, do użytkownika docierają dwa sygnały o przeznaczeniu wyłącznie wojskowym (L1M i L2M) i jeden ogólniedostępny L2C. Dla użytkownika cywilnego oznacza to, że jego pozycja nadal będzie mogła być określana jedynie za pomocą odbiorników jednoczęstotliwościowych, czyli bez możliwości obliczenia i uwzględnienia poprawki jonosferycznej. Stanie się to bowiem możliwe dopiero wtedy, gdy liczba 56

3 satelitów operacyjnych transmitujących dwa sygnały dostępne dla użytkowników cywilnych (L1 C/A i L2C) wzrośnie na tyle, że co najmniej cztery z nich będą widoczne powyżej przyjętej w odbiorniku dolnej granicznej wysokości topocentrycznej w dowolnym momencie i dowolnym miejscu na kuli ziemskiej. Może to jednak nastąpić dopiero za kilka lat, gdyż na Europejskiej Konferencji Nawigacyjnej, która odbyła się pod koniec maja 2007 roku w Genewie, przedstawiciele administracji amerykańskiej oznajmili, że 24 satelitów operacyjnych transmitujących sygnały L1 C/A i L2C należy spodziewać się nie wcześniej niż w 2014 roku. Przewiduje się, że niebawem łączna liczba satelitów bloku IIR M wyniesie 8, w najbliższych kilkunastu miesiącach zostanie wyniesionych w kosmos ostatnich 5. Jednocześnie trwają intensywne prace nad kolejną wersją satelitów blokiem IIF (F od słowa future, czyli przyszłość). Satelity należące do tego bloku emitować będą 7 sygnałów, oprócz sześciu charakteryzujących w/w blok IIR M będzie to emitowany na częstotliwości 1176,45 MHz ogólniedostępny sygnał, oznaczony symbolem L5. Oznacza to więc, że satelity IIF emitować będą aż trzy sygnały przeznaczone dla użytkowników cywilnych. 27 sierpnia 2007 roku pierwszy satelita bloku IIF przeszedł pomyślnie specjalistyczne testy kontrolne w ośrodku Boeinga w El Segundo w Kalifornii. Wyniesienie tego satelity w kosmos za pomocą rakiety Atlas V albo Delta IV przewidywane jest na drugą połowę 2008 roku. Satelity bloku IIF zostaną wyposażone w dwa wzorce rubidowe i jeden cezowy, a ich żywotność ma wynieść 12 lat. Pełną zdolność operacyjną (FOC Full Operation Capability) co do możliwości transmisji przez 24 satelity sygnału L5 segment kosmiczny osiągnie nie wcześniej niż w 2016 roku. Termin ten będzie uzależniony przede wszystkim od tempa wymiany satelitów poprzednich bloków IIa i IIR M na satelity bloku IIF. Z tą chwilą użytkownicy określający swą pozycję na poziomie dokładności SPS (Standard Positioning Service) będą mogli wykorzystywać sygnały L1 C/A, L2C i L5, zaś na poziomie PPS (Precise Positioning Service) oprócz trzech w/w również L1 P(Y), L2 P(Y), L1(M), L2(M). Rozpoczęte już prace nad systemem GPS trzeciej generacji, GPS III, zakładają, że docelowo segment kosmiczny będzie się składał wyłącznie z satelitów nowego bloku III. Satelity te transmitować będą między innymi sygnały pozwalające, tak jak w serwisie SOL systemu Galileo, poinformować użytkownika o utracie integralności systemu w czasie określonej granicy alarmu czasowego oraz sygnał L1C kompatybilny z sygnałem systemu Galileo. Pierwszy satelita ma pojawić się na orbicie w 2013 roku, a pełna zdolność operacyjna systemu co do emisji tego sygnału, przez co najmniej przez 57

4 24 satelity, przewidywana jest na rok 2021 lub jeszcze później. Zakłada się, że budowa bloku III zostanie podzielona na trzy etapy, oznaczone symbolami A, B i C. W etapie A blok ten liczyć będzie 27 satelitów rozmieszczonych niesymetrycznie na 6 orbitach o wysokości km i kącie inklinacji 55. W dniu 18 września 2007 prezydent USA w swojej dyrektywie oznajmił, że satelity bloku III nie będą miały już możliwości pogarszania dokładności pozycji określanej przez użytkowników cywilnych, gdyż na ich wyposażeniu nie znajdzie się aparatura wywołująca zakłócenia sygnału SA (Selective Availability) Segment naziemny Od chwili powstania system GPS liczył jedną stację główną i 5 stacji śledzących podległych amerykańskim Siłom Powietrznym (Air Force), z których 3 pełniły jednocześnie rolę stacji korygujących. Taka liczba stacji śledzących i ich rozmieszczenie nie gwarantowała jednak nieprzerwanego śledzenia satelitów przez co najmniej jedną z nich. Decyzja sprzed kilku lat o włączeniu do sieci stacji znajdującej się w Cap Canaveral na Florydzie i nadaniu jej charakteru stacji śledzącej (również i korygującej) była już rozwiązaniem problemu, ale nie optymalnym, gdyż prawidłowe funkcjonowanie systemu wymaga, by każdy satelita był w dowolnym momencie śledzony nie przez jedną, a kilka stacji. Zapowiedź budowy systemu Galileo, w którym segment naziemny liczyć ma 2 stacje główne i co najmniej 20 stacji śledzących, wpłynęła z pewnością na plany modernizacyjne systemu GPS. W 2005 roku segment naziemny systemu GPS został rozszerzony o sześć stacji funkcjonujących w ramach Narodowej Agencji Map NIMA (National Imagery Mapping Agency) leżących w Argentynie, Australii, Bahrajnie, Ekwadorze, Waszyngtonie (stolicy USA) oraz w Wielkiej Brytanii. W niedalekiej przyszłości planuje się włączenie do sieci stacji śledzących kolejnych sześciu stacji NIMA znajdujących się St. Louis i na Alasce (USA), Tahiti, RPA, Nowej Zelandii i Korei Południowej. Przyjęte rozmieszczenie stacji sprawi, że każdy satelita w dowolnym momencie śledzony będzie przez co najmniej trzy stacje. Spośród w/w stacji aż 5 (Alaska, Australia, Nowa Zelandia, RPA i Wielka Brytania) leży z dala od równika, co zwiększa możliwości śledzenia satelitów podczas ich przelotów nad rejonami okołobiegunowymi. Dlatego też dobór stacji NIMA był taki, a nie inny, tym bardziej, że również w systemie Galileo 4 stacje śledzące mają być zlokalizowane na dużych szerokościach geograficznych (po 2 na obu półkulach). 58

5 Jednocześnie trwają prace nad przystosowaniem wszystkich stacji segmentu naziemnego do ich funkcjonowania w ramach systemu GPSIII. Zakończenie tych prac, w których zaangażowane są trzy wielkie koncerny Boeing, Lockheed Martin i Raytheon przewidziane jest na lata W systemie GPS segment naziemny liczy obecnie jedną stację główną (kontrolno sterującą) zlokalizowaną w Colorado Springs w stanie Kolorado. Plany modernizacyjne tego systemu przewidują budowę drugiej stacji głównej w bazie Vanderberg w stanie Kalifornia. I w tym wypadku można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że na decyzję tę wpłynęła również zapowiedź, że w budowanym systemie Galileo mają być dwie stacje główne. W dniach września 2007 roku, w ramach zakrojonej na szeroką skalę zmian (AEP Archicture Evolution Plan), przeprowadzono gruntowną modernizację oprogramowania segmentu naziemnego, która zastąpiła poprzednią strukturę OCS (Operational Control Segment). Modernizacja ta dotyczyła przede wszystkim baz danych i wymiany informacji między poszczególnymi stacjami segmentu Odmiana różnicowa Od wielu lat liczba stacji naziemnych transmitujących poprawki odmiany różnicowej GPS wzrasta nieprzerwanie. W roku 2007 stacje te są już zainstalowane w 42 państwach całego świata. Status operacyjny ma 239 stacji, na etapie prób jest 52, zaś 11 jest w planach. Wzrasta również liczba państw, na terenie których znajdują się stacje w pełni operacyjne, w 2007 jest ich już 31. Obecnie najwięcej stacji operacyjnych jest w USA (39), wliczając wybrzeże wschodnie, zachodnie, Alaskę i Hawaje, Japonii (27), Chinach (21), Indiach (19). W Europie państwem o największej liczbie takich stacji była Norwegia (12), ale już w niedalekiej przyszłości sytuacja ta może się zmienić, gdyż w Hiszpanii, gdzie są 2 stacje operacyjne na etapie prób jest kolejnych SYSTEM GLONASS Pod koniec 2007 roku system GLONASS nie zapewniał możliwości ciągłego określania pozycji użytkownika na całym świecie. Przyczyną tego był przede wszystkim fakt, że liczba satelitów operacyjnych systemu nadal jest zdecydowanie mniejsza od nominalnej (24). Do anteny odbiornika użyt- 59

6 kownika docierają sygnały najczęściej z dwóch, trzech, a niekiedy czterech satelitów; dzieje się tak też dlatego, że liczba satelitów operacyjnych na poszczególnych orbitach jest różna. Obecnie realizowany jest program modernizacji i rozwoju systemu Federalny Program GLONASS na lata , uchwalony 20 sierpnia 2001 roku przez rząd Federacji Rosyjskiej. W dniu 14 lipca 2006 roku do programu tego wniesiono szereg poprawek i uzupełnień, zakładających między innymi: wzrost nakładów finansowych w latach , przyspieszenie prac nad jak najszybszym przywróceniem pełnej, liczącej 24 satelity operacyjne, konstelacji, uruchomienie na skalę masową odbiorników przewidzianych dla użytkowników cywilnych, kompatybilność z innymi nawigacyjnymi systemami satelitarnymi, uruchomienie w ramach systemu serwisu poszukiwania i ratownictwa SAR (Serach and Rescue). Satelity trzeciej generacji K zostaną wyposażone w urządzenia zdolne do odbioru sygnału 406 MHz radiopław awaryjnych; satelity generacji K oprócz sygnałów L1 i L2 emitować będą na potrzeby użytkowników cywilnych sygnały na częstotliwości L3 z przedziału 1201, ,511 MHz. Zakłada się też, że transmisja obejmie poprawki różnicowe i informacje o integralności (integrity). W 2002 roku w Federacji Rosyjskiej rozpoczęto prace nad budową dwóch różnych systemów związanych z obecnie już funkcjonującymi systemami satelitarnymi. Pierwszy z nowobudowanych systemów ma monitorować integralność systemów GLONASS i GPS, a drugi transmitować poprawki różnicowe do obydwu tych systemów. Po pewnym czasie zdecydowano jednak o połączeniu obu tych projektów w jeden o nazwie SDCM (System for Differential Corrections and Monitoring). Zakłada się, że system SDCM będzie gotowy do roku 2012, a dokładność pozycji użytkownika na terytorium Federacji Rosyjskiej wyniesie 1,5 m w płaszczyźnie poziomej i 3 m w pionowej (prawdopodobieństwo 99,7%). Główne centrum przetwarzania danych zlokalizowano w Moskwie, a pierwszych sześć z osiemnastu stacji referencyjnych planowanych na terytorium Federacji Rosyjskiej przewidziano w następujących miejscowościach: Irkuck, Kabarowsk, Kisłowodsk, Norilsk, Petropawłowsk i Pułkowo koło Sankt Petersburga. Lokalizację kolejnych stacji przewiduje się również w innych państwach. Kolejne stacje znajdować się będą za granicą. Stację korygującą przesyłającą dane do satelity geostacjonarnego systemu umiejscowiono w południowej części środkowej Rosji w Nowosybirsku. Poprawki transmitowane będą na częstotliwości 1575,42 MHz 60

7 w formacie stosowanym w systemach SBAS, co umożliwi w przyszłości pełną kompatybilność z funkcjonującymi już systemami WAAS i EGNOS. 31 sierpnia 2007 zarządzający systemem GLONASS podjęli decyzję, że od 20 września tego roku układem odniesienia w tym systemie będzie układ PZ (Earth Parameters 1990). Pod koniec 2007 roku do masowej sprzedaży na rynku rosyjskim mają trafić odbiorniki systemu GLONASS przeznaczone dla użytkowników cywilnych. W systemie GLONASS stosowana jest technika wielodostępu z podziałem częstotliwości FDMA (Frequency Division Multiple Access). Z uwagi jednak na to, że w systemie GPS oraz w budowanych obecnie systemach Compass i Galileo stosowana jest technika z podziałem kodowym CDMA (Code Division Multiple Access), coraz liczniejsze i częstsze pojawiają się głosy, żeby technika ta obowiązywała również w systemie GLONASS. Realizowany w/w program modernizacji zakłada, że o ile nie wystąpią nieprzewidziane wydarzenia, to w 2009 roku segment kosmiczny liczyć będzie 18 lub więcej satelitów operacyjnych, dzięki czemu pozycja użytkownika będzie mogła być określana, z mniejszym lub większym błędem, ale w dowolnym momencie i dowolnym miejscu na całej kuli ziemskiej. 2.1 Segment kosmiczny W połowie lutego 2008 roku segment kosmiczny liczył 16 satelitów (5 na orbicie I, 6 na II i 5 na III), w tym jedynie 14 operacyjnych oraz 2 znajdujące się w fazie konserwacji (in maintenance). Najstarszym obecnie satelitą operacyjnym, bo funkcjonującym od grudnia 2004, był znajdujący się na orbicie I pozycja 4 satelita oznaczony numerem 795. Spośród tych 16 satelitów 12 jest nowej generacji M (od rosyjskiego słowa modernizowannyj ), zaś 4 pozostałych poprzedniego bloku IIw. W przeciwieństwie do systemu GPS w systemie GLONASS status poszczególnych satelitów zmienia się bardzo często, np. kilka miesięcy wcześniej, bo w dniu 8 października 2007 segment kosmiczny liczył więcej, bo 17 satelitów, ale operacyjnych było tylko 9, nieoperacyjnych 4, chwilowo wyłączonych 3 i jeszcze nieuruchomionych (commissioning phase) 1. Zapowiadane od lat zwiększenie liczby satelitów operacyjnych wciąż napotyka na liczne przeszkody, dopiero 25 października 2007, czyli z dwumiesięcznym opóźnieniem, wprowadzono na orbitę 3 satelity drugiej generacji typu M. Opóźnienie to spowodowane było zakazem startu rosyjskich rakiet z kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie, który wprowadzono na początku września 2007 po katastrofie rosyjskiej rakiety wynoszącej w kosmos japońskiego satelitę telekomunikacyjnego. Kolejne trzy satelity, oznaczone 61

8 numerami 721, 722 i 723, także typu M, znalazły się na orbicie II pod koniec 2007 roku, czyli tradycyjnie 25 grudnia. Trzecia faza programu modernizacji GLONASS zakłada powstanie satelitów kolejnej, trzeciej generacji K, które w stosunku do swoich poprzedników charakteryzować się będą mniejszymi wymiarami i mniejszą wagą. Prototyp satelity ma znaleźć się na orbicie już w 2008 roku, a pierwsze satelity operacyjne rok później. Satelity tego bloku emitować będą trzy dodatkowe sygnały przeznaczone dla użytkowników cywilnych L3PT z techniką FDMA oraz międzyoperacyjne z sygnałami systemów GPS i Galileo sygnały L1CR i L5R z techniką CDMA. Plany modernizacji przewidują także budowę satelitów czwartej generacji KM o żywotności przekraczającej 10 lat. Satelitów tych można się jednak spodziewać dopiero w 2015 roku lub jeszcze później Segment naziemny Stacja główna znajduje się w miejscowości Krasnoznamensk, do 1994 roku znanej jako Glicyno-2, leżącej około 70 km na południowy-zachód od Moskwy. Stacje śledzące Sankt Petersburg, Jenisejsk, Komsomolsk nad Amurem i Szelkowo, pełniące jednocześnie rolę stacji korygujących, zlokalizowane są wyłącznie na terytorium Federacji Rosyjskiej. W niedalekiej przyszłości planuje się uruchomienie czterech kolejnych stacji pełniących te same funkcje, co już funkcjonujące. Stacje te zlokalizowane mają być w południowej części Rosji w następujących miejscowościach: Irkuck, Kabarowsk, Mendelejewo, Nowosybirsk. Zgodnie z planami przewiduje się też uruchomienie w Plesiecku nowej stacji wystrzeliwującej rakiety nośne z satelitami systemu GLONASS, to z tej stacji, a nie jak dotąd z ww. kosmodromu Bajkonur, wynoszone będą w kosmos satelity trzeciej generacji K Odmiana różnicowa W tomie 2 Admiralty List of Radio Signals, wydanie 2007/2008 [1], wymienione są trzy stacje referencyjne odmiany różnicowej systemu GLONASS dwie operacyjne, zlokalizowane w Yenikal skiy i Zmeinniy na Ukrainie nad Morzem Czarnym oraz jedna znajdująca się na etapie prób w rosyjskim Bałtyjsku nad Morzem Bałtyckim. Odmiana różnicowa tego systemu znalazła zastosowanie również na rynku komercyjnym. Firma Veripos, specjalizująca się w transmisji poprawek różnicowych systemu GPS dla użytkowników pracujących w górnictwie morskim, wykorzystuje własne stacje w Brazylii, Catu i Macae, do transmisji poprawek również systemu GLONASS. 62

9 Poprawki te w postaci wiadomości typu 31 i 32 nadawane są na częstotliwościach 500 khz i 1500 khz w formacie RTCM SC 104, wersja 2.2. Warunkiem określenia pozycji jest posiadanie, prócz odbiornika systemu GLONASS, specjalnego modulatora. Na rynku dostępny jest już opracowany specjalnie w tym celu model GPS/GLONASS Odyssey RS firmy Topcon. 3. BUDOWA SYSTEMU GALILEO W dniu 26 marca 2002 roku podjęto decyzję o budowie przez Europę systemu Galileo. Według ówczesnych optymistycznych prognoz system ten miał być oddany do eksploatacji już w 2008 roku, jednak wraz z upływem czasu termin ten zaczął się oddalać coraz bardziej. Pierwszy testowy satelita systemu GIOVE A został wyniesiony w kosmos 27 grudnia Na pokładzie zainstalowano dwa wzorce rubidowe, pierwszy z nich został włączony 10 stycznia 2006 roku. Dwa dni później odebrano pierwsze sygnały emitowane przez tegoż satelitę. W dniu 7 listopada 2006 roku w leżącym niedaleko Monachium Oberpfaffenhofen rozpoczęła działalność pierwsza stacja kontrolna. Zbudowana kosztem 16 mln euro zatrudni docelowo co najmniej 100 specjalistów. Wyniki pomiarów zrealizowanych na podstawie odbioru sygnałów docierających z GIOVE A pozwalają stwierdzić, że wstępne założenia co do osiągnięć trzech serwisów otwartego (OS), komercyjnego (CS) i bezpieczeństwa życia (SOL) mogą zostać spełnione. W 2007 roku zakładany termin oddania do eksploatacji systemu Galileo rok 2011 ponownie został zagrożony. Z jednej strony prasa specjalistyczna pełna jest bardzo wyczerpujących i jednocześnie szczegółowych artykułów na temat parametrów poszczególnych sygnałów, wzajemnej współpracy stacji naziemnych, pierwszych odbiorników systemu itp., z drugiej jednak na światło dzienne wyszły spory co do dalszego finansowania budowy systemu i przyszłego podziału spodziewanych zysków, a te mają być wprost ogromne. W połowie 2007 roku w prasie europejskiej, w tym i polskiej, co kilka tygodni ukazywały się artykuły informujące o przebiegu sporu. Na początku czerwca ministrowie transportu krajów Unii Europejskiej (UE) ostatecznie zdecydowali, że budowa systemu Galileo zostanie sfinansowana w całości z pieniędzy publicznych. Kompletnym niewypałem okazał się bowiem, forsowany przez lata, pomysł budowy systemu w ramach partnerstwa publiczno prywatnego (tzw. public partner ship). Zakładano, że dwie trzecie z łącznych kosztów szacowanych na 3,6 mld euro, czyli 2,4 mld, pokryje konsorcjum ośmiu firm z pięciu największych państw unijnych Francji, 63

10 Hiszpanii, Niemiec, Wielkiej Brytanii i Włoch w zamian za zyski z przyszłej eksploatacji systemu. Przez dwa lata firmy te nie potrafiły jednak porozumieć się między sobą, jak te zyski podzielić. Wcześniej w budżecie Unii Europejskiej na lata zaplanowano 1,2 mld euro. W połowie września 2007 roku Komisja Europejska zdecydowała, że brakujące 2,4 mld będą pochodzić z budżetów na dopłaty rolne, które zdaniem Komisji nie zostaną wykorzystane w latach (2,1 mld) oraz z budżetu na badania naukowe (300 mln). Na październikowym spotkaniu w Luksemburgu ministrów transportu państw Unii Europejskiej na plan ten nie zgodziły się jednak Niemcy. Ich zdaniem bowiem pieniądze na budowę systemu winny wykładać te państwa, których firmy będą dostawać lukratywne kontrakty na budowę. W tej sytuacji losy budowy systemu stanęły znów pod znakiem zapytania. Dopiero w listopadzie 2007 roku ministrowie finansów Unii zdecydowali, że niewykorzystane kwoty z budżetu UE na lata zostaną przeznaczone na rozwój systemu Galileo, a w ostatnich dniach tego miesiąca ministrowie transportu UE uzgodnili zasady podziału lukratywnych kontraktów na budowę systemu. Umowy na budowę satelitów, stacji segmentu naziemnego oraz zarządzanie całym projektem zostaną podzielone na sześć pakietów, ale jedna firma będzie mogła dostać większość zleceń tylko w dwóch pakietach. Powstanie też sieć krajowych ośrodków kontroli, które utworzą Hiszpania, Niemcy i XXXX. Pod koniec 2007 roku na orbitę miał zostać wprowadzony drugi testowy satelita GIOVE B, ale jego start przełożono na marzec 2008 roku. Na jego pokładzie po raz pierwszy w historii będzie zainstalowany pasywny maser wodorowy. W 2008 roku na orbicie pojawić się też ma kolejny satelita testowy GIOVE A2. Obecnie (luty 2008) nad projektem Galileo pracuje ponad tysiąc naukowców, realizowanych jest przeszło 400 kontraktów. Pierwsze cztery satelity operacyjne mają być gotowe do wyniesienia w kosmos w 2009 roku, a pełną zdolność operacyjną (FOC), według ostatnich ustaleń, system ma osiągnąć za 4 lata lub później, co oznacza, że z systemu Galileo będzie można korzystać nie wcześniej niż w 2013 roku. Tym samym opóźnienia w stosunku do pierwotnego harmonogramu wynoszą już 5 lat. Dla Europy sprawą bez wątpienia niezwykle prestiżową będzie oddanie do eksploatacji systemu Galileo wcześniej niż Chiny zakończą budowę swego systemu Compass. Przewiduje się, że łącznie na budowę i utrzymanie systemu do końca 2030 roku potrzebnych będzie co najmniej 10 mld euro, ale cztery piąte tej kwoty Unia zamierza w przyszłości odzyskać. Zwrot ten może okazać się jeszcze większy, jeśli za usługi systemu będzie płacić wojsko i policja państw członkowskich. 64

11 4. BUDOWA SYSTEMÓW COMPASS, QZSS, GAGAN i IRNS W 2007 roku kontynuowana była budowa czterech kolejnych systemów satelitarnych Compass, QZSS, GAGAN i IRNS przez trzy wielkie państwa Azji, Chiny, Japonię i Indie. W pierwszych latach XXI wieku Chiny rozpoczęły budowę nowego, własnego nawigacyjnego systemu satelitarnego. Pierwsze satelity tego systemu nosiły nazwę Beidou, a początkowa nazwa systemu, którego zasięg i zastosowanie było ograniczone jedynie do Chin, była Beidou 1. W ostatnich latach zmieniała się ostateczna koncepcja budowanego systemu, ostatecznie przyjęto, że będzie on o zasięgu i zastosowaniu globalnym, by w niedalekiej przyszłości dołączyć do wielkiej trójki systemów, czyli GPS, GLONASS i Galileo. Przyjęto też nową nazwę systemu Compass. W lutym 2008 roku można już stwierdzić, że segment kosmiczny ma liczyć łącznie 35 satelitów, w tym 27 na orbitach średnich (MEO Medium Earth Orbit), 3 na nachylonej orbicie geosynchronicznej (IGSO Inclined Geo- Synchronous Orbit) i 5 geostacjonarnych (GEO Geosynchronous Earth Orbit), z których trzy już funkcjonują. Wysokość orbity MEO wynosi km, a kąt inklinacji 55 O. Pierwszy satelita MEO, oznaczony symbolem M 1, znalazł się na orbicie 14 kwietnia Kąt inklinacji orbity IGSO wynosi 55 O, a długość geograficzna węzła wstępującego 118 O. Pierwszy satelita na orbicie IGSO znalazł się w drugiej połowie Długość geograficzna pięciu satelitów GEO wynosi 058,75 O E, 080 O E, 110,5 O E, 140 O E i 160 O E. Satelity Compass emitować będą sygnały na czterech częstotliwościach nośnych (1589,74 MHz (E1), 1561,1 MHz (E2), 1268,52 MHz (E6) i 1207,14 MHz) (E5b). Dostęp do właściwego kanału radiowego zapewni technika wielodostępu z podziałem kodowym CDMA. Przewiduje się, że system oferować będzie znajomość współrzędnych pozycji, wektora prędkości i czasu poprzez dwa serwisy ogólnodostępny dla użytkowników cywilnych i wysokiej dokładności dla użytkowników wojskowych i autoryzowanych. Pełną zdolność operacyjną system Compass ma osiągnąć w 2012 roku. W 2009 roku ma zostać wprowadzony na nachyloną orbitę geosynchroniczną IGSO pierwszy z trzech satelitów nowego japońskiego systemu satelitarnego QZSS (Quasi Zenith Satellite System), zaliczonego do systemów regionalnych. Parametry tej orbity (kąt inklinacji 45, długość geograficzna węzła wstępującego 137,7 E) zostały tak dobrane, by wysokość topocentryczna przynajmniej jednego z tych satelitów była na wyspach japońskich nie mniejsza niż 70. Umożliwi to korzystanie z nawigacji 65

12 satelitarnej również w gęstej zabudowie miejskiej oraz obszarach górzystych, gdyż dla użytkowników japońskich wysokość topocentryczna satelitów geostacjonarnych systemu wspomagającego MSAS wynosi w ich ojczystym kraju około 45. Satelity QZSS transmitować będą 6 sygnałów na 4 częstotliwościach (1575,42 MHz, 1227,60 MHz, 1278,75 MHz i 1176,45 MHz), niektóre sygnały będą kompatybilne z sygnałami satelitów GPS i Galileo. Segment naziemny liczyć ma 10 stacji śledzących, rozmieszczonych nie tylko na terytorium Japonii, ale również na wyspach ją okalających. Przewiduje się, że budowane przez Japonię systemy MSAS i QZSS będą ze sobą ściśle współpracować. Obecnie można jednak stwierdzić, że ostateczny kształt orbity systemu QZSS oraz liczba satelitów, które mają się na niej znaleźć nie zostały jeszcze przesądzone. W Indiach rozpoczęto budowę satelitarnego systemu wspomagającego o nazwie GAGAN (GPS Aided Geo Augmentated Navigation), który swoim zasięgiem obejmie południową Azję. Zapewnią to 3 satelity geostacjonarne GAGAN 4, GAGAN 8 i GAGAN 9, odpowiednio na długości geograficznej 082 E, 034 E i 132 E. Pierwszy z nich ma się znaleźć na orbicie już na początku Oprócz poprawek różnicowych i danych o integralności dla sygnałów na częstotliwościach L1 i L5, satelity te transmitować będą sygnały umożliwiające w odbiorniku użytkownika pomiar pseudoodległości na tych dwóch częstotliwościach. Segment naziemny tego systemu liczyć ma 15 stacji referencyjnych, o znanych już lokalizacjach, zadaniem których będzie również bieżące opracowywanie modelu jonosfery zalegającej nad kontynentem indyjskim. W budowanym równolegle przez Indie systemie IRNS (Indian Regional Navigational System), zaliczanym do systemów regionalnych, segment kosmiczny składać się będzie z siedmiu satelitów, w tym trzech geostacjonarnych w/w systemu GAGAN oraz czterech satelitów na nachylonych orbitach geosynchronicznych IGSO (po 2 satelity na dwóch orbitach o kącie inklinacji 29 i długości geograficznej węzła wstępującego 055 E i 111 E). Jedna z częstotliwości nośnych satelitów systemu ma być równa 1191,795 MHz. Przewiduje się, że dokładność pozycji użytkownika określanej za pomocą odbiornika dwuczęstotliwościowego wyniesie około 9 m w płaszczyźnie horyzontalnej i około 12 w pionowej. Będzie to system zaliczany do regionalnych, obejmujących swym zasięgiem przede wszystkim półwysep indyjski. 66

13 5. STAN DZISIEJSZY I PLANY MODERNIZACYJNE SATELITARNYCH SYSTEMÓW WSPOMAGAJĄCYCH Obecnie funkcjonują trzy systemy satelitarne systemy wspomagające SBAS: WAAS (Wide Area Augmentation System), obejmujący swoim zasięgiem kontynent północnoamerykański. Po wyłączeniu w lipcu 2007 roku dwóch satelitów Inmarsat 3 F4(AOR W) i Inmarsat 3 F3/POR segment kosmiczny tworzą obecnie dwa satelity Intelsat Galaxy XV i TeleSat Anik F1R, których długość geograficzna i numer PRN wynosi odpowiednio 133 W i 107,3 W oraz 135 i 138. Pod koniec 2007 roku segment naziemny liczył 29 stacji referencyjnych (WRS), 2 stacje główne (WMS) oraz 2 pary stacji korygujących (GUS); EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) obejmujący swoim zasięgiem Europę i północną część Afryki. Dwa satelity Inmarsat 3 F2/AOR E i Inmarsat 3 F5/IOR W są w pełni operacyjne. Ich długość geograficzna oraz numer PRN wynosi odpowiednio 015,5 W i 025 E oraz 120 i 126. Trzeci satelita Artemis o długości geograficznej 021,5 E i numerze PRN 124 nadal znajduje się na etapie prób. Do końca 2007 roku liczący do tej pory 34 stacje śledzące RIMS segment naziemny ma zostać rozszerzony o 4 kolejne Abu Simbel w Egipcie, Agadir w Maroku, Tamanrasset w Algerii i Tel Aviv w Izraelu, które swoim zasięgiem obejmą rejony Morza Śródziemnego i Bliskiego Wschodu; MSAS (Multi-functional Transport Satellite Based Augmentation System), obejmujący swoim zasięgiem Japonię i akweny ją okalające. Segment kosmiczny liczy dwa satelity MTSAT 1R i MTSAT 2, których długość geograficzna i numer PRN wynosi odpowiednio 140 E i 145 E oraz 129 i 137. W dniu 27 września 2007 roku system MSAS uznany został za operacyjny, jego głównym beneficjentem jest transport lotniczy. We wszystkich tych trzech systemach wektor poprawki przekazywany jest przez satelity geostacjonarne na częstotliwości L1 systemu GPS. W systemie EGNOS przewidziano możliwości wspomagania również systemu GLONASS. Obecnie głównymi odbiorcami systemów SBAS jest transport lotniczy. WNIOSKI KOŃCOWE zapowiadane oddanie do eksploatacji systemu Galileo, a być może również i Compass, ukończenie odbudowy systemu GLONASS oraz zmoderni- 67

14 zowanie systemu GPS sprawi, że w sposób znaczący zwiększą się możliwości określania pozycji użytkownika w różnych warunkach, szczególnie w miejscach o pogorszonej widzialności satelitów, odczuwalnie dla każdego zwiększy się też dokładność owej pozycji, warunkiem efektywnego wykorzystania wszystkich czterech ww. systemów będzie zapewnienie ich pełnej kompatybilności, szczególnie istotnym jest wcześniejsze przyjęcie jednego układu odniesienia i jednego, wspólnego dla wszystkich czasu systemu, modernizacja systemów funkcjonujących, zwłaszcza systemu GPS (dodatkowe kody i częstotliwości), wymusi na producentach opracowanie nowych odbiorników, dzięki czemu dla użytkowników dostępne staną się modele o znacznie szerszych niż obecnie możliwościach, w satelitarnych systemach wspomagających na orbitę geostacjonarną wprowadzane są kolejne satelity, a w segmencie naziemnym zwiększa się liczba stacji śledzących, z uwagi na to, że odbiornik systemu satelitarnego jest bardzo wiarygodnym źródłem czasu, a znajomość dokładnego czasu znajduje zastosowanie w coraz to liczniejszych dziedzinach, pojawiają się postulaty, by pojęcie GNSS (Global Navigation Satellite System) zastąpić pojęciem GNTS (Global Navigation Time System), w kilku ośrodkach na świecie realizowane są, przede wszystkim celem przeprowadzenia analizy porównawczej, nieprzerwane pomiary sygnałów docierających z satelitów IIR M systemu GPS, drugiej generacji M systemu GLONASS, GIOVE A systemu Galileo i pierwszego satelity MEO systemu Compass, najbliższe lata zapowiadają dalszą rywalizację między Europą a USA; przewiduje się, że po oddaniu do eksploatacji systemu Galileo ( ) rozpocznie się budowa trzeciej generacji systemu GPS, a odpowiedzią Europy ma być system Galileo II. LITERATURA 1. Admirality List of Radio Signals, The United Kingdom Hydrographic Office, vol. 2, Gao G.X., et al., GNSS over China, The Compass MEO Satellite Codes, Inside GNSS, vol.2, No. 5, Gibbons G., GNSS Trilogy: Our Story Thus Far, Inside GNSS, vol.1, No. 1, Gorski A.,Gerten G., Do We Need Augmentation Systems?, European Journal of Navigation, vol.5, No. 4,

15 5. Hein G.W., et al., Envisioning a Future GNSS System of Systems, Part 1, Inside GNSS, vol. 2, No. 1, Januszewski J., Systemy satelitarne GPS, Galileo i inne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Januszewski J., Modernization of Satellite Navigation Systems and theirs new maritime applications, Monograph TransNav 2007, Gdynia Januszewski J., Messages transfer and data formats in satellite navigation systems, Monograph Advances in Transport Systems Telematics, Faculty of Transport Silesian University of Technology, Katowice Kaplan E.D., Hegarty C.J., Understanding GPS Principles and Applications, Artech House, Boston/London Misra P, Enge P., Global Positioning System Signals, Measurements, and Performance, Ganga Jamuna Press, Lincoln Spaans J., The Munich GNSS Summit 2007, European Journal of Navigation, vol.5, No.2, Specht C., System GPS, Wydawnictwo Bernardinum, Pelplin Wirola L., Syrjärinne J., Bringing All GNSS in to Line, GPS World, vol.18, no 9, SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS TODAY AND IN THE FUTURE (Summary) The last few years gave a rise to many important changes in the operational status and practical exploitation of satellite navigation systems GPS and GLONASS, differential mode of these systems (DGPS, DGLONASS) and Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) as EGNOS or WAAS. Therefore the extensive program of modernization of these systems as next generations of satellites, new civil signals, new codes, new monitoring stations etc. and the details about new systems under construction as Galileo and Compass (global systems) and GAGAN (augmentation system) and QZSS & IRNS (regional systems) are presented in this paper. 69