Satelitarny system nawigacyjny Galileo, przeznaczenie, struktura i perspektywy realizacji.

Transkrypt

1 Satelitarny system nawigacyjny Galileo, przeznaczenie, struktura i perspektywy realizacji. Cezary Specht Instytut Nawigacji i Hydrografii Morskiej Akademia Marynarki Wojennej w CSpecht@amw.gdynia.pl

2 Satelitarny system nawigacyjny Gallileo, przeznaczenie, struktura i perspektywy realizacji. Plan wystąpienia: Tendencje rozwoju współczesnej nawigacji Systemy nawigacji satelitarnej Geneza systemu Galileo Przeznaczenie systemu Serwisy systemu Sygnały radiowe Architektura systemu Podsumowanie

3 Tendencje rozwoju współczesnej nawigacji Satelitarne pozycjonowanie. (dostępność, niezawodność, dokładność wyznaczeń pozycji) Systemy ECS i ECDIS. (integracja) GMDSS (łączność, SAR) VTMS (sterowanie ruchem, AIS)

4 Systemy nawigacji satelitarnej (Generacje satelitarnych systemów nawigacyjnych) 1 Generacja: Transit/Tsikada niska orbita, mała konstelacja, efekt Doppler a, 2D. 2 Generacja : GPS/GLONASS średnia wysokość orbit, 24 satelity, 3D, kodowo-korelacyjny pomiar. 3 Generacja: GNSS1/GNSS2 Transpondery na Inmarsat 3, Integrity, dodatkowy pomiar, korekcje różnicowe, cywilna kontrola, EGNOS, Galileo.

5 Geneza Systemu Galileo porozumienie Państw Unii Europejskiej dot. działań w ramach GNSS, 1998 wrzesień - Analiza ESA w sprawie możliwości realizacji systemu Galileo, 1999 czerwiec Zatwierdzenie rozpoczęcia fazy definicji projektu grudzień kontrakt na zdefiniowanie systemu, 2001 kwiecień porozumienie o kontynuacji projektu, 2001 listopad zatwierdzenie fazy rozwoju i testowania marzec zatwierdzenie budżetu na fazy rozwoju i testowania. Projekty wstępne: GALA opracowanie struktury systemu, GEMINUS zdefiniowanie serwisów, INTEG integracja pomiędzy systemami Galileo oraz EGNOS, SAGA wspomagający proces standaryzacji systemu Galileo, GALILEOSAT definiujący segment kosmiczny systemu, GUST projektowanie i certyfikacja odbiornika Galileo, SARGAL obejmujący studium potencjalnych możliwości Galileo w zakresie poszukiwania i ratownictwa (ang.: Search and Rescue - SAR).

6 Rada założycielska Galileo Członkowie założyciele Komisja Europejska Europejska Agencja Kosmiczna Pozostali członkowie Europejski Bank Inwestycyjny Prywatni udziałowcy Kraje "trzecie" Grupa doradcza (członkowie UE) ESA Pb-Nav (członkowie ESA) Zarząd Administracyjny Rada założycielska Galileo Komitet wykonawczy Przewodniczący Infrastruktura naziemna/kosmiczna Rozwój aplikacji Zapewnienie rozwoju uruchomienia I pracy przeprowadzenie ewolucji systemu EGNOS w Galileo, wdrożenie fazy rozwoju i testowania pomoc w przygotowaniu fazy uruchomienia systemu. koordynacja z projektami narodowymi poszczególnych państw testy prototypowych satelitów mobilizacja sektora publicznego oraz środków prywatnych

7 Fazy uruchomienia systemu Galileo I. Rozbudowa systemu, II. Rozwinięcie systemu, III. Pełne uruchomienie Faza rozbudowy Faza rozwinięcia Pełne uruchomienie Koszt systemu: 3.2 mld EUR Definicja systemu 80 mln EUR I. Faza rozbudowy 1.1 mld. EUR, II Faza rozwinięcia 2.1 mld EUR = 150 km autostrady lub modernizacja Heathrow lub tunel kolejowy dla TGV. III Faza - trzymanie systemu w eksploatacji 220 mln EUR/rok

8 Cele stawiane systemowi Galileo Kontrolowany przez środowisko cywilne system satelitarny. Kompatybilność z systemem GPS. Gwarantowana i certyfikowana jakość i niezawodność serwisu. Poszerzone w stosunku do GPS możliwości systemu. Część infrastruktury transportowo-komunikacyjnej Europy

9 Inne przyczyny... Rywalizacja technologiczna EU i USA. Recesja gospodarcza (system zapewni ok miejsc pracy). Galileo przedsięwzięcie inwestycyjne. Mln. 350 Liczba samochodów wyposażonych w odbiornik GNSS Europa USA Mln Liczba telefonów komórkowych wyposażonych w odbiornik GNSS Europa USA

10 Przeznaczenie - rynek odbiorników w ydobycie złóż 2% drogi 9% przemysł naftow y 9% serw is pozycyjny 57% transport morski, lotniczy i in, 23%

11 Serwisy systemu Otwarty Serwis Systemu (ang.: Open Service) jest nawigacyjnym serwisem pozycyjnym, prędkości i czasu, który jest dostępny użytkownikom bez ponoszenia żadnych opłat. W zakresie wyznaczania współrzędnych pozycji jest on przeznaczony dla rynku o charakterze masowym, a w szczególności nawigacji samochodów oraz telefonii komórkowej. Serwis Otwarty zapewnia również bezpłatne otrzymywanie sygnałów czasu z przeznaczeniem dla synchronizacji sieci oraz aplikacji naukowych. Serwis Poszukiwania i Ratownictwa (ang.: Search and Rescue Service SAR) obejmuje globalną transmisję informacji dotyczącej zagrożeń wysyłanych przez radiopławy awaryjne. Uzupełnia on tym samym funkcjonujący już od wielu lat system bezpieczeństwa Cospas-Sarsat. Serwis Bezpieczeństwa Życia (ang.: Safety of Life Service - SoL) przeznaczony jest dla aplikacji wymagających bieżącej kontroli wiarygodności serwisu. Dotyczy on przede wszystkim transportu morskiego, lotniczego oraz lądowego (w szczególności: kolejowy). Dla tych form nawigacji okreśśono aktami prawnymi (IMO, ICAO, itp.) szczegółowe wymagania w zakresie pozycjonowania. Serwis Komercyjny (ang.: Commercial Service - CS) przeznaczony jest dla profesjonalnych aplikacji Galileo o charakterystykach przewyższających Serwis Otwarty. Opierać się on ma na sygnałach dwu dodatkowych częstotliwości (innych niż Serwis Otwarty) umożliwiających uzyskiwanie wysokich dokładności, jak również nawigacji wewnątrz budynków. Serwis Kontrolowany Publicznie (ang.: Public Regulated Service - PRS) jest najwyższą formą serwisu Galileo, zabezpieczającego sygnały radiowe przez ewentualnym oddziaływaniem czynników niekorzystnych występujących w innych formach serwisów.

12 Otwarty Serwis Pozycyjny - charakterystyka Wyznaczanie współrzędnych pozycji Dokładność: pomiary jednoczęstotliwościowe: H: 15 m, V: 35 m (p=0.95), pomiary dwuczęstotliwościowe: H: 4 m, V: 8 m, (p=0.95), Dostępność: 99.8 % Strefa działania: Globalna Ocena wiarygodności: Nie Wyznaczanie czasu Dokładność transferu czasu UTC: 30 nsec Dostępność: 99.8 % Strefa działania: Globalna Wzorzec częstotliwości satelitów

13 Serwis Poszukiwania i Ratownictwa Cospas - Sarsat zasięg globalny transponder 406 MHz na satelicie współpraca z radiopławami EPIRB (GMDSS) Galileo odbiór sygnałów w czasie rzeczywistym, precyzyjne określenie współrzędnych wzywającego pomocy zwiększone prawdopodobieństwo wykrycia w terenach zurbanizowanych emisja sygnału zwrotnego umożliwiająca weryfikację

14 Serwis Bezpieczeństwa Życia usługa otwarta (częstotliwości E5a oraz E5b dla wyznaczeń oraz E5b dla informacji zwrotnej), możliwość autoryzacji sygnałów (poziom wiarygodności użytkowania związany jest z czasem dostarczenia informacji dotyczącej wiarygodności): 1. Użytkownicy wymagający niezwłocznej informacji o awarii systemu (np. podejście precyzyjne do lądowania, dokowanie, hydrografia itp.). POZIOM KRYTYCZNY (czy płatny?) 2. Użytkownicy, dla których czas dostarczenia informacji o wiarygodności systemu nie jest związane z natychmiastowym ryzykiem (np. nawigacja oceaniczna). POZIOM STANDARDOWY Dokładność: poziom krytyczny : H: 4 m, V: 8 m (p=0.95), poziom standardowy: H: 220 m (p=0.95), Limit do alarmu: poziom krytyczny : H: 12 m, V: 20 m (p=0.95), poziom standardowy: H: 556 m (p=0.95), Czas do alarmu poziom krytyczny : 6 s, poziom standardowy: 10 s, Dostępność: informacji o wiarygodności 99.5 % Dostępność: wyznaczeń współrzędnych pozycji 99.8 % Strefa działania: Globalna Ocena wiarygodności: Nie

15 Serwis Kontrolowany Publicznie Charakterystyka zabezpieczenia przeciwdziałające celowym zakłóceniom, oddziaływaniom terrorystycznym oraz innym tego typu zagrożeniom, wysoka ciągłość pracy (dostępność i niezawodność) nawet w obecności czynników niekorzystnych (dwie oddzielne częstotliwości). Dokładność: H: 6.5 m, V: 12 m (p=0.95), Limit do alarmu: H: 20 m, V: 35 m (p=0.95), Czas do alarmu: 10 s, Dostępność: 99.5 % Strefa działania: Globalna Dokładność transferu czasu: 100 ns. w Europie dla: Policji Europejskiej (ang.: European Police Office Europol) Europejskiego Biura przeciwdziałania Oszustwom (ang.: European Anti-fraud Office OLAF) Sił pokojowych, Agencji Bezpieczeństwa Morskiego, organizacjom humanitarnym. (Przeznaczenie militarne?) W krajach członkowskich dla: Służb bezpieczeństwa i organom sprawiedliwości. Sił przeznaczonych do zwalczania przestępczości. Sił wywiadu odpowiedzialnych za bezpieczeństwo narodowe. Straży granicznej.

16 Serwis Komercyjny płatny, profesjonalne aplikacje : geodezja, hydrografia, nawigacja precyzyjna obiektów, badania Ziemi i in., dwie dodatkowe częstotliwości z zakresu E6 (inne niż Serwis Otwarty), nawigacja wewnątrz budynków, Galileo Operating Company GOC) ustali charakterystyki nawigacyjne dla tego typu serwisu.

17 Sygnały radiowe Galileo (1) 4 sygnały transmitowane w zakresie częstotliwości MHz (E5a-E5b), 3 sygnały transmitowane w zakresie częstotliwości MHz (E6), 3 sygnały transmitowane w zakresie częstotliwości MHz (L1), Nr ID Sygnały Częstotliwość środkowa Modulacja Szybkość modulacji Ograniczenie dostępu Szybkość danych Kodowanie danych 1 sygnał danych na E5a 2 sygnał pilotowy na E5a 1176 MHz BPSK 10 Mcps brak 50 sps/25 sps nie 1176 MHz BPSK 10 Mcps brak brak danych brak danych 3 sygnał danych na E5b 1207 MHz BPSK 10 Mcps brak 250 sps/125 sps nie 4 sygnał pilotowy na E5b 1207 MHz BPSK 10 Mcps brak brak danych brak danych 5 sygnał E6 podzielony 6 sygnał danych na E6 (komercyjny) 1278 MHz BOC (10,5) 5 Mcps rządowe 250 sps/125 sps 1278 MHz BPSK 5 Mcps komercyjne 1000 sos/500 bps tak tak 7 sygnał pilotowy na E6 (komercyjny) 1278 MHz BPSK 5 Mcps komercyjne brak danych brak danych 8 sygnał L1 podzielony 1575 MHz BOC (n,m) m Mcps rządowe 250 sps/125 sps tak 9 sygnał danych na L MHz BOC (2,2) 2 Mcps brak 200 sps/100 bps nie 10 sygnał pilotowy na L MHz BOC (2,2) 2 Mcps brak brak danych brak danych

18 1164 MHz 1189 MHz 1214 MHz 1260 MHz 1300 MHz 1544 MHz MHz 1559 MHz 1563 MHz MHz 1587 MHz 1591 MHz 1. (OS): E5a, E5b, E2-L1-E1 (dane +kod)+ 3 sygnały pilotowe (tylko kod). 2. (CS): E5b, E6, E2-L1-E1. (dane +kod )+ 1 sygnał pilotowy (tylko kod) 3. (SoL): E5b, E2-L1-E1 (dostęp kontrolowany) 4. (PRS): E6, E2- L1-E1 (dane+kod). 5. (SAR): pomiędzy E6 i E2- L1-E MHz Sygnały radiowe Galileo (2) (widmo sygnału) E5a E5b E6 L MHz E2 E1 Dane OS 10 Mcps dane 50 sps Dane OS/SOL/CS 10 Mcps dane 250 sps Dane CS BPSK (5 Mcps) dane 100 sps Dane PRS BOC (10.5) dane TBS sps Dane PRS BOC (n,m) dane TBS sps Dane OS/SOL/CS BOC (2,2) dane 250 sps częstotliwość Galileo GPS L5 Glonass L3 GPS L1 SAR sygnały dostępne dla wszystkich użytkowników sygnały o ograniczonym dostępie sygnały o ograniczonym dostępie

19 ARCHITEKTURA SYSTEMU- część naziemna Komponent główny, Komponent regionalny, Komponent lokalny. KOMPONENT REGIONALNY RDZEŃ SYSTEMU KOMPONENT LOKALNY Sieć IMS IULS Sygnały nawigacyjne Infrastruktura lokalna ICC Sygnały korekcyjne linia komunikacyjna Sieć IMS IULS Stacje monitorujące GSS Stacje korygujące Infrastruktura lokalna ICC CENTRUM KONTROLNE SYSTEMU OKREŚLANIE WIARYGODNOŚCI ORAZ JEJ ROZPOWSZECHNIANIE KONTROLA NAWIGACYJNA I ZARZĄDZANIE KONSTELACJĄ linia komunikacyjna Sygnały nawigacyjne I czasu UHF SAR COSPAS-SARSAT segment naziemny Zewnętrzne systemy uzupełniające UŻYTKOWNICY

20 ARCHITEKTURA SYSTEMU- segment kosmiczny 30 satelitów (27 aktywnych + 3 zapasowe), 3 płaszczyzny orbitalne, Inklinacja 56 stopni, Wysokość orbity km. Orbity systemu Galileo

21 SEGMENT KOSMICZNY masa 650 kg, moc baterii 1500 W, rubidowy lub wodorowy wzorzec częstotliwości (3.3 lub 15 kg), 4 sygnały nośne po 50 W, rakiety nośne: Ariane 5, Soyuz, Proton, Zenith. antena

22 Podsumowanie Przewidywany termin uruchomienia systemu Galileo 2008 rok, System Galileo będzie kontrolowany przez organizacje cywilne, W stosunku do systemu GPS, w ramach Galileo przewiduje się większą liczbę serwisów, również odpłatnych, Można oczekiwać, że system GPS w najbliższych latach przejdzie gruntowną modernizację, aby sprostać nowym wymaganiom komercyjnym, Dotychczas nie rozwiązano problemu podziału pasm radiowych pomiędzy funkcjonującymi systemami nawigacji satelitarnej, Pod znakiem zapytania jest funkcjonowanie systemu Cospas- Sarsat w dotychczasowej postaci, Przewidywany sukces komercyjny Galileo jest funkcją wielu czynników i na dzień dzisiejszy trudno go prognozować z dużą wiarygodnością.