Co nam przyniesie system nawigacji satelitarnej

Co nam przyniesie system nawigacji satelitarnej

Jacek Januszewski
Co nam przyniesie
system nawigacji satelitarnej Galileo?
Połowa lat 90. XX w. to okres dynamicznego rozwoju nawigacyjnych systemów satelitarnych. 17 lipca 1995 r. zostaje oficjalnie oddany do eksploatacji amerykański system GPS, w styczniu 1996 r. – rosyjski system GLONASS.
Oba te systemy zostały stworzone przez instytucje wojskowe i dlatego też, choć udostępnione w pewnej części
użytkownikom cywilnym, nadal pozostają pod jurysdykcją
wojskową, przez którą są zresztą wciąż finansowane.
W kilku kolejnych latach odnotowano szybkie zmniejszanie się liczby satelitów operacyjnych systemu GLONASS,
w związku z czym system ten przestał być globalnym
i w konsekwencji nie jest już brany pod uwagę. Jednocześnie zwiększała się liczba tych użytkowników systemu
GPS, dla których z powodu zakłócenia Selective Availability dokładność określanej za jego pomocą pozycji (blisko
100 m w płaszczyźnie horyzontalnej z prawdopodobieństwem 95%) okazywała się już niewystarczająca.
W tej sytuacji państwa Unii Europejskiej zaczęły coraz bardziej
się skłaniać do budowy własnego systemu, który z jednej strony
zapewniałby dokładność co najmniej nie gorszą od nominalnej
w przypadku systemów GPS i GLONASS, z drugiej zaś stworzony
przez instytucje cywilne pozostawał nieprzerwanie pod ich kontrolą. W opublikowanym 10 lutego 1999 r. przez Komisję Europejską dokumencie Zaangażowanie Europy w nową generację satelitarnych usług nawigacyjnych określono główne założenia tego
przedsięwzięcia. Pierwsza faza prac, zwana fazą definicji, rozpoczęła się 19 lipca 1999 r., zaś zakończyła 22 listopada 2000 r.
Prac nad nowym systemem nie przerwano także po usunięciu
2 maja 2000 r. zakłócenia SA w systemie GPS, kiedy to dokładność określanej za jego pomocą pozycji zwiększyła się kilkakrotnie (ze wspomnianych 100 do kilkunastu metrów). W Europie coraz częściej zaczęto jednak zadawać sobie inne pytanie – po co
budować za kilka miliardów euro nowy system, skoro GPS już istnieje, dostępny jest dla wszystkich i przez swoje liczne wersje
i odmiany różnicowe spełnia wymogi dokładnościowe zdecydowanej większości użytkowników?
Mimo to 26 marca 2002 r. ministrowie transportu 15 państw
Unii Europejskiej podjęli ostateczną decyzję o sfinansowaniu budowy nowego nawigacyjnego systemu satelitarnego Galileo.
Rozpoczęła się druga faza budowy, zwana fazą wdrażania. Tymczasem jeszcze w grudniu 2001 r. istniały bardzo poważne wątpliwości, czy system ów w ogóle powstanie, gdyż państwa sceptycznie odnoszące się do tego projektu, takie jak Wielka Brytania,
Niemcy i Holandia, konsekwentnie odmawiały przekazywania na
program pieniędzy z funduszy publicznych. Ostatecznie jednak
zwolennikom projektu, zwłaszcza Francji, udało się przekonać
oponentów, że budowa systemu Galileo ma ekonomiczny sens,
nakręci koniunkturę w sektorze high-tech i usługach telekomuni-
24
1-2/2006
kacyjnych, a prace nad nim będą stymulować postęp technologiczny w całej Europie.
Budowa systemu Galileo budzi, jak można było się spodziewać, bardzo żywe zainteresowanie na całym świecie, zwłaszcza
w USA. 25 lutego 2004 r., po wielu miesiącach negocjacji, Unia
Europejska i USA zawarły porozumienie o zasadach funkcjonowania systemu Galileo równolegle z modernizowanym systemem
GPS i warunkach jednoczesnego korzystania z obydwu systemów.
Oficjalnie porozumienie to zostało podpisane w czerwcu 2004 r.
na spotkaniu na szczycie w Irlandii.
Z kolei w 2005 r. budowę systemu przedłużały przede wszystkim spory Niemiec z pozostałymi państwami o przyszły udział
w zyskach z jego eksploatacji. Nasz zachodni sąsiad wręcz zagroził zablokowaniem projektu, jeśli nie dostanie udziałów proporcjonalnych do ich nakładów finansowanych z budżetu państwowego. Spory zostały zażegnane dopiero pod koniec 2005 r.
w wyniku mediacji Karela Van Mierta, byłego komisarza Unii Europejskiej. O ile bowiem centrala systemu Galileo zostanie zlokalizowana w Tuluzie, zaś jego administracja w Londynie, to
w Niemczech znajdować się będą dwa ośrodki kontroli systemu,
a pozostałe dwa będą we Włoszech i Hiszpanii. Zwiększony też
zostanie udział Niemiec w konsorcjum zajmującym się już samą
budową systemu. Dotychczas w konsorcjum tym przeważały firmy z Francji (Thales i Alcatel), Włoch (Finmeccanica), Hiszpanii
(AENA i Hispasat) i Wielkiej Brytanii (Inmarsat), zaś Niemcy reprezentowane były jedynie jako udziałowiec niemiecko-francuskiego koncernu lotniczo-zbrojeniowego EADS. Od tej pory
w konsorcjum budującym Galileo uczestniczyć też będą firmy
niemieckie, takie jak: T-Systems, Deutschen Zentrum Luft und
Raumfahrt oraz Förderbank Bayern. W budowie uczestniczyć mają również państwa spoza Unii Europejskiej – Chiny, Indie, Izrael
i Ukraina. Projektem Galileo i ewentualnym w nim udziałem zainteresowanych jest też kilka kolejnych państw, i to z całego świata,
takich jak: Argentyna, Australia, Kanada, Korea Południowa, Meksyk, Norwegia.
Pod koniec 2005 r. łączne koszty budowy systemu Galileo
szacowano na 3,6 mld euro, z czego Unia Europejska i Europejska Agencja Kosmiczna zainwestowały już 600 mln euro.
Budowa segmentu kosmicznego rozpoczęła się 28 grudnia
2005 r., kiedy to za pomocą rosyjskiej rakiety Sojuz z bazy Bajkonur w Kazachstanie został wystrzelony pierwszy testowy satelita
systemu o nazwie Giove A. Start ten miał miejsce niejako w ostatnim momencie, gdyż w pierwszej połowie 2006 r. upływa termin
przydziału przez Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną (International Telecommunication Union – ITU) określonych pasm częstotliwości dla systemu Galileo. W kilka miesięcy później z tej
samej bazy zostanie wystrzelony kolejny satelita – Giove B. Zadaniem tych satelitów będzie przetestowanie funkcjonowania w warunkach rzeczywistych ich najważniejszych elementów, czyli atomowych wzorców czasu i parametrów wszystkich emitowanych
sygnałów.
Twórcy systemu Galileo mają nadzieję, że jego uruchomienie
spowoduje rewolucję w usługach telekomunikacyjnych, podobną
do pojawienia się telefonii komórkowej. Przewiduje się też, że
budowa systemu, jego uruchomienie i późniejsza obsługa przyczynią się do stworzenia co najmniej 150 tys. wysoko kwalifikowanych miejsc pracy, zaś roczne dochody z powstałych dzięki
systemowi usług szacuje się już na 10 mld euro.
Określanie pozycji użytkownika w Galileo
W systemie Galileo zasada określania współrzędnych użytkownika
jest taka sama, jak w przypadku funkcjonujących już systemów
GPS i GLONASS. Przypomnijmy więc, że współrzędne te określa
się na podstawie pomiaru odległości użytkownika od widocznych
przez niego satelitów, współrzędne których są znane. Te ostatnie
obliczane są bowiem w odbiorniku użytkownika na podstawie
znajomości elementów orbity poszczególnych satelitów. Elementy te wraz z almanachem systemu tworzą depeszę nawigacyjną.
We wszystkich trzech systemach każdy satelita emituje sygnały
na co najmniej dwóch częstotliwościach modulowanych w fazie
wspomnianą depeszą czerpaną z pamięci cyfrowej satelity. Pamięć ta uaktualniana jest w określonych odstępach czasu przez
stacje naziemne danego systemu poprzez odbierający sygnał
z Ziemi odbiornik satelity.
Określanie odległości dzielącej odbiornik użytkownika od
znajdującego się na orbicie satelity, przy założeniu, że prędkość
fali radiowej jest wielkością stałą i znaną, sprowadza się do pomiaru czasu przebiegu fali na drodze satelita – odbiornik, poprzez
porównanie czasu reprezentowanego przez sygnały docierające
z i-tego satelity z czasem uzyskiwanym przez wzorzec odbiornika.
Pomiarowi takiemu odpowiada odległość topocentryczna ρi, którą
można przedstawić w postaci symbolicznego równania linii pozycyjnej, jako funkcję szerokości i długości geograficznej (ϕ, λ)
pozycji odbiornika użytkownika, wzniesienia anteny tegoż odbiornika w stosunku do powierzchni przyjętej elipsoidy odniesienia
(h) oraz przesunięcia w czasie wzorca odbiornika w stosunku do
czasu systemu (Δ tu):
ρi = ρ(ϕ, λ, h, Δ tu)
Z punktu widzenia obliczeń matematycznych minimalna liczba jednocześnie zmierzonych odległości ρi niezbędna do określenia przestrzenno-czasowych współrzędnych pozycji użytkownika nie może być mniejsza od wymiaru wektora stanu (liczby
niewiadomych), czyli w tym przypadku i ≥ 4. Tym samym pozycję użytkownika określa się za pośrednictwem czterech lub więcej
satelitów.
Im liczba satelitów danego systemu widocznych przez użytkownika jest większa, i im zainstalowane na satelitach wzorce
czasu są dokładniejsze, tym większe prawdopodobieństwo, że
pozycja użytkownika obarczona będzie mniejszym błędem. Z uwagi więc na to, że satelity Galileo zostaną wyposażone w pasywne
masery wodorowe, a wysokość ich orbit będzie większa niż
w przypadku systemu GPS, można z dużą dozą pewności stwierdzić, że błąd pozycji określonej za pomocą systemu Galileo będzie mniejszy od błędu, jakim w chwili obecnej obarczona jest
pozycja GPS.
Założenia i parametry systemu
Po kilku latach dyskusji zdecydowano, że segment kosmiczny sys­
temu Galileo obejmować będzie 27 satelitów operacyjnych (3 or-
bity po 9 satelitów równomiernie rozmieszczonych każda) plus 3
aktywne zapasowe. Wysokość orbity ma wynieść 23 616 km, zaś
kąt inklinacji 56°. Argumenty szerokości satelitów orbit sąsiednich zostaną, tak jak w systemie GLONASS, odpowiednio zróżnicowane. Długości geograficzne węzłów wstępujących każdych
dwóch sąsiadujących orbit różnić się będą o 120°. Nie wyklucza
się też, że konfiguracja końcowa obejmować będzie 30 satelitów
bez dzielenia ich na operacyjne i zapasowe.
Każdy satelita systemu Galileo transmitować będzie 10 sygnałów nawigacyjnych, oznaczonych numerami od 1 do 10, o prawoskrętnej kołowej polaryzacji RHCP (Right Hand Cicular Polarisation) w trzech pasmach częstotliwości (tabl.1).
Tablica 1
System Galileo, przewidywane częstotliwości nośne i numery emitowanych na nich sygnałów
Pasmo [MHz]
Długość fali [cm]
Symbol
Numery sygnałów
1164–1215
24,7–25,8
E5a i E5b
1, 2, 3, 4
1260–1300
23,1–23,8
E6
5, 6, 7
1559–1592
18,8–19,2
E2 – L1 – E1 (lub L1)
8, 9, 10
W systemie Galileo, tak jak w systemie GPS, możliwość jednoczesnego z niego korzystania przez praktycznie nieograniczoną
liczbę użytkowników zapewni technika wielokrotności z podziałem
kodowym CDMA.
Sześć nie szyfrowanych sygnałów, oznaczonych numerami 1,
2, 3, 4, 9 i 10, będzie dostępnych dla wszystkich użytkowników
korzystających z serwisu otwartego OS i bezpieczeństwa życia
SOL, ale możliwość wykorzystania poszczególnych sygnałów
uzależniona będzie od rodzaju odbiornika posiadanego przez
użytkownika. Sygnały o numerach 1, 3 i 9, to sygnały zawierające
dane, zaś transmitowane z nimi równolegle sygnały 2, 4 i 10, to
pozbawione jakichkolwiek danych tzw. sygnały pilotowe. Te ostatnie wykorzystywane będą bowiem jedynie do pomiarów pseudoodległości w odbiornikach dwuczęstotliwościowych w celu wyliczenia poprawki jonosferycznej.
Pozostałe cztery sygnały będą szyfrowane i dostępne tylko dla
wybranych użytkowników. Sygnały oznaczone numerami 6 (zawierające dane) i 7 (pilotowy bez danych) przeznaczone będą dla
użytkowników korzystających z serwisu komercyjnego CS, zaś
numerami 5 i 8 (obydwa z danymi) dla autoryzowanych użytkowników serwisu regulowanego publicznie PRS.
Parametry wszystkich 10 sygnałów oraz informację o szyfrowaniu owych sygnałów i zawartych w nich danych przedstawiono
w tablicach 2 i 3.
W systemie Galileo informacja nawigacyjna przekazywana
będzie w ramkach liczących 150 bitów. Prędkość przesyłu danych będzie różna, ale czas trwania pojedynczej ramki ma być
zawsze nie dłuższy niż jedna sekunda. Jednym z wymogów jest
bowiem, by transmitowane przez satelity dane o nieprawidło­
wościach w ich pracy (tzw. alarm integrity) były odbierane przez
użytkownika, jeśli już nie na bieżąco, to możliwie z najmniejszym
opóźnieniem.
Zadania segmentu naziemnego systemu Galileo są takie same jak każdego innego nawigacyjnego systemu satelitarnego.
Dodatkowo jednak segment ten zapewniać będzie przekazywanie
informacji na temat integralności systemu oraz realizowanie zadań wynikających z serwisu poszukiwania i ratowania.
Segment naziemny systemu Galileo można podzielić na dwa
oddzielne i niezależne segmenty:
1-2/2006
25
Dla czterech pierwszych spośród wymienionych
serwisów podano numery wykorzystywanych sygnałów (tabl. 4) oraz przewidywane dokładności okrePm
[dBW]
ślania trójwymiarowych współrzędnych pozycji użytkownika oraz czasu względem UTC (tabl. 5). Wartości
– 158
podane w tablicy 5 mogą się nieznacznie różnić od
– 158
danych sygnalizowanych w różnych opracowaniach
– 158
– 158
i publikacjach.
– 155
Serwis otwarty, zwany też serwisem wolnego
– 158
dostępu, OAS (Open Access Service), dostępny bę– 158
dzie bezpłatnie dla wszystkich bez ograniczeń,
– 155
umożliwiając użytkownikom określenie ich pozycji
– 158
i prędkości, zapewniając jednocześnie informację
– 158
o czasie. Główne aplikacje tego serwisu, dostosowanego do bardzo szerokiego rynku odbiorców,
związane będą z indywidualną nawigacją drogową, przesyłaniem
danych, systemami informacji komunikacyjnych, systemami zapewniającymi informacje o zagęszczeniu ruchu, mobilną telefonią itp.
Na potrzeby serwisu otwartego zarezerwowano 6 sygnałów,
o numerach 1, 2, 3, 4, 9 i 10. W zależności od rodzaju posiadanego odbiornika użytkownicy wykorzystywać będą 2 sygnały (9
i 10), 4 (1, 2, 9 i 10) lub wszystkie 6. Odbiorniki będą odbierały
sygnały na jednej częstotliwości (SF – Single Frequency, L1),
dwóch (DF – Dual Frequency, L1+E5a), bądź trzech (IA – Improved Accuracy, poprawiona dokładność, L1+E5a+E5b); dodatkowo może być też wbudowany odbiornik systemu GPS. Opcja IA,
przewidziana do określania pozycji w obszarach miejskich wysoce zurbanizowanych, zostanie przeanalizowania pod kątem braku
przeciwwskazań ze strony wymagań dokładnościowych dla serwisu SOL.
Tablica 2
System Galileo, parametry sygnałów emitowanych przez satelity
Pasmo częstotliwości Numer sygnału
Kanał
Częstotliwość nośna [MHz]
Typ modulacji
Częstotliwość kodu [MHz]
E5a
1
I
1176,45
BPSK (10)
10
2
Q
1176,45
BPSK (10)
10
E5b
3
I
1207,14
BPSK (10)
10
4
Q
1207,14
BPSK (10)
10
5
A
1278,75
BOC (10,5)
5,115
E6
6
B
1278,75
BPSK (5)
5,115
7
C
1278,75
BPSK (5)
5,115
8
A
1575,42
BOC (n,m)
m · 1,023
E2–L1–E1 (L1)
9
B
1575,42
BOC (2,2)
2,046
10
C
1575,42
BOC (2,2)
2,046
Pm – minimalna odbierana gęstość mocy.
Tablica 3
System Galileo, szyfrowanie sygnałów i zawartych w nich
danych
Numer sygnału
Szyfrowanie sygnału
Szyfrowanie danych w sygnale
Szybkość przesyłu danych
50 sps/25 bps
1
Nie
Nie
2
Nie
bez danych
–
3
Nie
Nie
250 sps/125 bps
4
Nie
bez danych
–
5
Tak/rządowe
Tak
250 sps/125 bps
6
Tak/komercyjne
Tak
1000 sps/500 bps
7
Tak/komercyjne
bez danych
–
8
Tak/rządowe
Tak
250 sps/125 bps
9
Nie
Nie
250 sps/125 bps
10
Nie
bez danych
–
Tablica 4
1) naziemny segment kontroli satelitów GCS (Ground Control
Sys­tem);
2) naziemny segment kontroli funkcjonowania całego systemu
GMS (Ground Mission System); segment ten zwany jest także
MCS (Mission Control System).
W porównaniu z segmentem systemu GPS, w systemie Galileo zwraca uwagę przede wszystkim kilkukrotne zwiększenie liczby stacji śledzących (do 20, a nawet 25) oraz umieszczenie kilku
z nich w rejonach polarnych. Dzięki temu liczba stacji śledzących
w danym momencie jednego satelity znacznie wzrośnie, przy 20
stacjach każdy satelita ma być widziany średnio przez 5,8 stacji.
Serwisy oferowane przez system
System Galileo oferować będzie 5 różnych serwisów zarówno
publicznych, jak i komercyjnych, każdy przeznaczony dla innej
grupy użytkowników.
1. Otwarty, dostępny bez opłat dla wszystkich użytkowników,
oznaczony symbolem OS (Open Service).
2. Komercyjny, dostępny odpłatnie dla wybranych użytkowników,
oznaczony symbolem CS (Commercial Service).
3. Bezpieczeństwa życia, dostępny bez opłat dla wszystkich użytkowników, oznaczony symbolem SOL (Safety of Life).
4. Regulowany publicznie, dostępny bez opłat dla wybranych
użytkowników, oznaczony symbolem PRS (Public Regulated
Service).
5. Poszukiwania i ratowania, dostępny dla wszystkich zainteresowanych, oznaczony symbolem SAR (Search and Rescue).
26
1-2/2006
System Galileo, numery sygnałów wykorzystywanych
przez poszczególne serwisy
Numer sygnału
Serwis
OS
SF
DF
IA
CS
VA
MC
SOL
1
+
+
+
+
2
+
+
+
+
3
+
+
+
4
+
+
+
5
6
+
+
7
+
+
8
9
+
+
+
+
+
+
10
+
+
+
+
+
+
PRS
+
+
Tablica 5
System Galileo – przewidywane dokładności określania
poszczególnych współrzędnych
Serwis
OS SF/OS DF
CS
Dokładność [95%]
współrzędna pozioma
[m]
współrzędna pionowa
[m]
określenie czasu
[ns]
15/4
35/8
50/30
od ≤0,8 do 7
od ≤1 do 15
od 10 do 100
SOL
4
8
30
PRS
6,5
12
od 10 do 100
Serwis komercyjny CS (Commercial Service), zwany też
serwisem kontrolowanego dostępu 1, CAS1 (Controlled Access
Service 1), skierowany będzie do grupy użytkowników zawodowych, zainteresowanych wysoką dokładnością i niezawodnością
systemu, takich jak: obsługa ruchu lotniczego i portowego, geodezja, służby graniczne i celne, synchronizacja sieci, zarządzanie
transportem samochodowym, opłaty drogowe itp. Dostęp do serwisu będzie odpłatny, kontrolowany na poziomie użytkownika
i usługodawcy. W serwisie tym przekazywane będzie komunikat
o kondycji i awariach systemu Galileo.
Na potrzeby serwisu komercyjnego zarezerwowano aż 8 sygnałów, o numerach 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9 i 10. W zależności od rodzaju posiadanego odbiornika użytkownicy wykorzystywać będą 4
sygnały (6, 7, 9 i 10) lub wszystkie 8. W serwisie CS użytkownik
będzie bowiem miał do wyboru dwie wersje:
1) VA (Value Added) wykorzystującą kody oraz dane nawigacyjne
sygnałów w paśmie L1 serwisu OS oraz zakodowane dane
i kody odległościowe sygnałów w paśmie E6,
2) MC (Multi Carrier) wykorzystującą wersję VA oraz zakodowane
dane i kody odległościowe sygnałów w paśmie E5.
Serwis bezpieczeństwa życia SOL (Safety of Life Servise)
będzie globalnym serwisem dużej dokładności, mającym na celu
podniesienie poziomu bezpieczeństwa, szczególnie w obszarach
nie objętych tak dokładnym serwisem przez inne systemy. Serwis
ten będzie bezpłatny i podobnie jak serwis komercyjny będzie
posiadał gwarancję.
Serwis SOL, określany też niekiedy jako OPEN SERVICE +
INTEGRITY DATA, dostarczać będzie ostrzeżeń o utracie integralności systemu w czasie określonej granicy alarmu czasowego.
Integralność danych zawartych w sygnale otwartym może być zaszyfrowana, co otwiera możliwość wykorzystania danych o integralności systemu do rozwoju serwisów komercyjnych. Czas
między wystąpieniem alarmu a powiadomieniem użytkownika nie
powinien przekraczać 6 s.
Na potrzeby serwisu SOL zarezerwowano 6 sygnałów, o numerach 1, 2, 3, 4, 9 i 10. Odbiorniki będą więc mogły odbierać
sygnały na trzech częstotliwościach, co umożliwi wyznaczenie
poprawki jonosferycznej drogą pomiarów. Użytkownik, na życzenie, będzie miał możliwość ustalenia czy odbierany sygnał jest
w rzeczywistości sygnałem systemu Galileo.
Serwis regulowany publicznie PRS (Public Regulated
Servise), zwany też serwisem kontrolowanego dostępu 2, CAS2
(Controlled Access Service 2), przeznaczony będzie dla użytkowników wymagających bardzo dużej dokładności, wysokiej jakości
sygnału i niezawodności transmisji. Przewiduje się, że serwis
PRS będzie certyfikowany zgodnie z wymogami obowiązującymi
dla różnych form transportu; ICAO – transport lotniczy, IMO –
morski oraz wszystkie przyszłe wymogi związane z Common
Transport Policy. W serwisie tym sygnał będzie kodowany, a stosowane częstotliwości inne niż w pozostałych serwisach.
Na potrzeby serwisu PRS zarezerwowano 2 sygnały, o numerach 5 i 8. Dokładność pozycji w płaszczyźnie horyzontalnej
i w pionie ma wynosić odpowiednio około 6,5 m i 12 m, a dokładność określenia czasu od 10 do 100 ns. Czas między wystąpieniem alarmu a powiadomieniem użytkownika nie powinien
przekraczać 10 s.
Serwis regulowany publicznie, poprzez stosowanie odpowiednich technik, będzie zapewniał wyższy, niż w pozostałych
serwisach, poziom ochrony przeciwko zagrożeniom dla sygnału
Galileo.
Serwis poszukiwania i zastosowania SAR (Search and
Rescue Service), skoordynowany z funkcjonującym już systemem
COSPAS–SARSAT, będzie europejskim wkładem zmniejszającym
czas detekcji sygnału wzywania pomocy przez radiopławę, zwiększającym jednocześnie dokładność sygnalizowanej przez nią pozycji. Sygnatariusze Konwencji COSPAS–SARSAT (USA, Rosja,
Francja, Kanada), którzy nadzorują jedyny tego rodzaju system
pokrywający swym działaniem cały glob, wyrazili zainteresowanie
aplikacją SAR, mającą stanowić jedną z usług zapewnianą przez
system Galileo.
W serwisie SAR zostanie wprowadzona nowa, bardzo ważna
funkcja, dzięki której użytkownik wyposażony w odbiornik GPS po
znalezieniu się w niebezpieczeństwie po wysłaniu sygnału wzywania pomocy niemal natychmiast otrzymywać będzie potwierdzenie przyjęcia i zarejestrowania tego sygnału. Funkcja ta jest
szczególnie istotna ze względu na wciąż pojawiające się fałszywe
alarmy. Bardzo często bowiem operator radiopławy nie zdaje sobie sprawy, że została ona w sposób niezamierzony uruchomiona.
Otrzymanie potwierdzenia odebrania fałszywego alarmu umożliwi
bezzwłoczne jego odwołanie.
Perspektywy wykorzystania systemu w transporcie
Jedną z dziedzin gospodarki, której oddanie do eksploatacji przyniesie największe korzyści, jest z pewnością transport i to w przypadku wszystkich jego sektorów.
Sektor drogowy
Sektor ten będzie z pewnością jednym z największych odbiorców
usług systemów satelitarnych. W pierwszych latach XXI w. odbiorniki systemów satelitarnych (w praktyce odbiorniki systemu
GPS) instalowane były jako wyposażenie fabryczne samochodów
osobowych, ale jedynie tych najwyższej klasy (np. Mercedes S,
BMW 750). Przewiduje się, że system Galileo znajdzie zastosowanie w takich usługach, jak:
n nawigacja satelitarna – należy tu rozumieć nie tylko informowanie kierowcy o bieżącej pozycji, czy też wyznaczanie optymalnej w danej chwili i w danych warunkach i ograniczeniach trasy
do punktu docelowego, ale również możliwość ustalenia położenia pojazdu po jego kradzieży, czy też w razie awarii wzywanie
pomocy z automatyczną transmisją współrzędnych pojazdu i informacją o przyczynie zaistniałego defektu; oddanie do eksploatacji systemu Galileo zwiększy też, i to wyraźnie, możliwości wykorzystania systemów satelitarnych w obszarach miejskich
o gęstej, wysokiej zabudowie;
n monitorowanie i kierowanie ruchem – utrzymanie płynności
ruchu stanie się możliwe dzięki wyposażeniu ogółu pojazdów
w odbiorniki systemów satelitarnych i systemy prowadzenia
(przekazywanie informacji o położeniu pojazdu do centrum dowodzenia);
n zarządzanie flotą pojazdów – usługa dostępna już na rynku,
stanie się w pełni efektywna dopiero po wyposażeniu ogółu pojazdów w odpowiednie urządzenia; z tą chwilą firmy i instytucje
zajmujące się przewozem ludzi bądź transportem towarów, dzięki
nieprzerwanemu nadzorowi nad położeniem swych pojazdów, będą miały możliwość bieżącego podejmowania właściwych decyzji;
1-2/2006
27
n serwis awaryjno-ratunkowy – dzięki znajomości bieżącego położenia wybranego pojazdu (np. karetki pogotowia, wozu strażackiego), otrzymywaniu informacji o ruchu ulicznym oraz możliwości sterowania sygnalizacją świetlną, usługa ta może znacznie
skrócić czas dotarcia prowadzonego pojazdu do punktu docelowego; serwis ten będzie szczególnie przydatny w wielkich aglomeracjach miejskich, gdzie w niektórych wypadkach może przyczynić się nawet i do uratowania życia ludzkiego;
n system zaawansowanego doradcy kierowcy (Advanced Driver
Assistance System – ADAS) – system ten będzie między innymi
informował kierowcę o zbliżającym się niebezpieczeństwie, bądź
też przejmował częściową lub pełną kontrolę nad prowadzonym
przez niego pojazdem; przykładem może być zmniejszanie przez
system prędkości pojazdu w razie ograniczonej widzialności, jeśli
pojazd ten będzie zbyt szybko zbliżał się do ostrego zakrętu; przewiduje się, że w 2020 r. około 50% samochodów będzie już korzystało z systemu ADAS;
n opłaty drogowe – zainstalowanie odbiornika systemu Galileo
w pojeździe umożliwi bieżące określanie jego położenia oraz zapamiętywanie przebytej trasy; wysłanie tych informacji do centrum monitorującego pozwoli na wyliczenie dla każdego użytkownika dróg należnej opłaty; pobieranie w ten sposób opłat za
korzystanie z wybranych autostrad bądź dróg i przejechanie nimi
określonej liczby kilometrów pozwoli z kolei uniknąć bardzo kosztownych inwestycji związanych z budową na drogach terminali,
specjalnie do tego celu.
Sektor kolejowy
Możliwość wykorzystania systemu Galileo w sektorze kolejowym,
zdaniem Komisji Europejskiej, przyczyni się do ożywienia tego
rodzaju transportu, którego znaczenie pod koniec XX w. uległo
wyraźnemu zmniejszeniu. Dla sektora kolejowego realizowany
jest już projekt pilotażowy o nazwie GADEROS (GAlileo DEmonstrator for Railway Operation Systems), którego głównym celem
jest badanie rynku kolejowego, szczególnie na liniach o małej
częstotliwości ruchu. Zakłada się system Galileo znajdzie zastosowanie w takich dziedzinach, jak:
n kontrola pociągów – przewiduje się, że dwie gałęzie europejskiego systemu kierowania ruchem kolejowym ERMTS (European
Rail Traffic Management System), mianowicie europejski system
kontroli pociągów ETCS (European Train Control System) i europejska struktura kierowania ruchem ETML (European Traffic Management Layer), swoje funkcjonowanie będą mogły oprzeć na
systemie Galileo; system ETCS zajmuje się kontrolą i ochroną
pociągów, zaś ETML kierowaniem ich ruchem i różnego rodzaju
regulacjami; oddanie do eksploatacji systemu Galileo przyczyni
się też z pewnością do zwiększenia bezpieczeństwa ruchu kolejowego, szczególnie w tych obszarach, w których brak jest urządzeń
śledzących; na początku XXI w. nadal wiele linii kolejowych nie
jest wyposażonych w odpowiednie urządzenia do kontroli i kierowania ruchem pociągów;
n zarządzanie siecią kolejową i nadzór nad przewozem towarów
– użycie nawigacji satelitarnej pozwoli na zmniejszenie kosztów
związanych z dotychczas stosowanymi naziemnymi systemami
lokalizacji ruchu pociągów; wśród innych zastosowań można też
wymienić tzw. alarm zbliżeniowy, aktywujący się w momencie,
w którym odległość dzieląca dwa pociągi na tym samym torze
stanie się mniejsza od założonej, oraz alarm prędkościowy, akty-
28
1-2/2006
wujący się w momencie, w której prędkość pociągu przekroczy
wartość dopuszczalną;
n informacja dla pasażerów – informacja o godzinie przyjazdu i/lub odjazdu danego pociągu do/z wybranej stacji jest szczególnie istotna w razie wystąpienia opóźnienia, i to nie tylko dla osób
na niego oczekujących, ale również w nim podróżujących; system
Galileo umożliwi także dostarczanie podróżnym dodatkowych informacji, np. turystycznych;
n przegląd tras kolejowych – możliwość kontroli stanu trasy będzie szczególnie przydatna w przypadku prowadzenia na niej prac
remontowych.
Sektor lotniczy
Zakłada się, że system Galileo będzie pomocny pilotom we
wszystkich fazach lotu, czyli przy starcie, podczas lotu i lądowania, i to w każdych warunkach meteorologicznych, spełniając przy
tym wymagania bezpieczeństwa. Okaże się to szczególnie przydatne na tych lotniskach i w tych rejonach świata, gdzie nadal nie
ma odpowiedniej struktury. Do przewidywanych zastosowań można zaliczyć:
n transport komercyjny – zwiększenie dokładności w określaniu
trójwymiarowej pozycji pozwoli na zmniejszenie odległości dzielącej samoloty w przestrzeni powietrznej; przewiduje się, że liczba lotów, mimo chwilowego zmniejszenia po tragicznych wy­
darzeniach 11 września 2001 r., w ciągu 20 najbliższych lat się
podwoi;
n kontrolę ruchu naziemnego – możliwość określania pozycji za
pomocą systemu Galileo i efektywnego wykorzystania jego elementów lokalnych przyczyni się z pewnością do zwiększenia bezpieczeństwa samolotów podczas ich kołowania po pasach star­
towych, gdyż w chwili obecnej nadzorujący ruch samolotów
kontrolerzy ruchu powietrznego mają tam do dyspozycji jedynie
naziemne radary;
n śmigłowce ratunkowe – system Galileo okaże się bardzo przydatny w czasie lotu i lądowania (startowania) śmigłowców ra­
tunkowych w niesprzyjających warunkach meteorologicznych,
w szczególności przy ograniczonej widzialności, obecnie bowiem
warunki te, np. gęsta mgła, uniemożliwiają często sprowadzenie
śmigłowca na miejsce katastrofy, np. kolizji z udziałem kilkudziesięciu pojazdów.
Sektor morski
System Galileo przyniesie nowe rozwiązania w nawigacji morskiej
i wielu dziedzinach z nią związanych. W sektorze morskim realizowany jest projekt pilotażowy o nazwie NAUPLIOS, którego
głównym celem jest wzrost bezpieczeństwa nawigacji morskiej,
między innymi poprzez jak najwcześniejszą identyfikację jednostek wpływających na wody terytorialne danego państwa oraz nieprzerwane monitorowanie statków przewożących ładunki niebezpieczne mogące zagrozić środowisku naturalnemu. Pierwsze
badania prowadzone są na sześciu statkach wyposażonych między innymi w odbiorniki systemu EGNOS i system automatycznej
identyfikacji AIS. Przewiduje się, że system Galileo znajdzie zastosowanie w takich dziedzinach, jak:
n nawigacja przybrzeżna – możliwość określania pozycji przez
morskie jednostki pływające za pomocą odbiorników dwusystemowych Galileo + GPS oznaczać będzie zwiększenie dokład­
ności otrzymywanej pozycji, a tym samym zwiększenie bezpieczeństwa żeglugi, szczególnie w nawigacji przybrzeżnej; ponadto
dodatkowe informacje zawarte w sygnale Galileo sprawią, że
określane w ten sposób współrzędne będą obarczane przez nawigatorów znacznie większym zaufaniem niż współrzędne określane
w chwili obecnej jedynie za pomocą systemu GPS; do zwiększenia bezpieczeństwa żeglugi przyczyni się też z pewnością włączenie systemu Galileo w funkcjonowanie systemu AIS;
n manewry i pomiary na podejściach i w akwenach portowych – możliwość korzystania z systemu Galileo, zwłaszcza z jego wybranych serwisów, przyniesie wymierne efekty, np. w niekorzystnych warunkach hydrometeorologicznych, podczas realizacji
wielu różnych operacji, takich między innymi jak dokładna lokalizacja podwodnych przeszkód, czy też precyzyjne układanie rurociągów i kabli;
n prace naukowe – wśród prac naukowych związanych ze środowiskiem morskim można wymienić określanie pływów i prądów
poprzez analizę danych przesyłanych przez ruchome boje wyposażone w odbiornik systemu i urządzenie nadawcze;
n poszukiwanie i ratowanie – system Galileo poprzez jeden ze
swoich serwisów zwiększy dokładność i wydajność systemu poszukiwania i ratowania COSPAS–SARSAT.
Sektor publiczny
Zakłada się, że pełne wykorzystanie możliwości systemu Galileo
przyczyni się do zwiększenia znaczenia transportu publicznego,
którego udział w chwili obecnej w przewozie pasażerów szacuje
się na zaledwie około 20%. Stanie się to możliwe dzięki takim
zastosowaniom, jak:
n sterowanie ruchem pojazdów – bieżąca znajomość przez głównego dyspozytora komunikacji miejskiej dokładnego położenia
wszystkich pojazdów pozwoli na ich optymalne wykorzystanie,
będzie też pomocna przy ustalaniu nowego rozkładu jazdy;
n informowanie pasażerów – w pociągach i pojazdach komunikacji miejskiej pojawią się informacje nie tylko o czasie przybycia
do wybranych stacji lub przystanków, ale także różnego rodzaju
informacje turystyczne, dane dotyczące najbliższych hoteli, lokali
gastronomicznych sklepów itp.;
n wynajem samochodów – przewodnictwo drogowe oferowane
w serwisach Galileo oraz możliwość otrzymywania informacji
w wielu językach zainteresuje z pewnością wypożyczalnie samochodów;
n bezpieczeństwo kierowców – w razie niebezpieczeństwa bądź
bezpośredniego zagrożenia kierowca taksówki lub pojazdu komunikacji miejskiej będzie mógł nacisnąć odpowiedni przycisk
i określone służby otrzymają natychmiast informację o jego położeniu.
Galileo zastąpi czy uzupełni system GPS?
Oddanie do eksploatacji systemu Galileo postawi przed dotychczasowymi użytkownikami systemu GPS wiele istotnych pytań,
wymieńmy tylko dwa najważniejsze:
1) czy odbiornik systemu Galileo kupić zaraz po jego oficjalnym
uruchomieniu, czy też decyzję tę odłożyć na później,
2) kto powinien być najbardziej zainteresowany jak najszybszym
zakupem odbiornika systemu Galileo?
Odpowiedź na pierwsze pytanie uzależnione będzie z kolei od
tego, czy w chwili uruchomienia systemu Galileo w pełni będą
dostępne wszystkie jego serwisy, czy określane pozycje użytkownika cechować będą zapowiedziane wcześniej parametry, czy odbiorniki tego systemu będą już na rynku dostępne i to w odpowiednio dużych ilościach itp. W przeciwnym razie większość
użytkowników wstrzyma się z zakupem, zakładając, że cena odbiornika będzie z czasem spadać. Na zakup prędzej zdecydują się
z pewnością użytkownicy nie korzystający wcześniej z systemu
GPS, ale głównie ci, dla których system Galileo zaoferuje usługi
niedostępne ze strony GPS. Przy zakupie będą brane pod uwagę
również relacje cenowe między odbiornikami GPS i Galileo, dostępność serwisu itp. Można się też spodziewać, że cena przynajmniej niektórych odbiorników systemu GPS będzie wówczas dla
wielu bardzo atrakcyjna.
W przypadku drugiego pytania odpowiedź wydaje się dużo
prostsza. Użytkownicy związani z szeroko rozumianym transportem, zwłaszcza w miastach o wysokiej zabudowie, korzystający
już na co dzień z systemu GPS i doświadczeni jego ograniczeniami wynikającymi ze zmniejszonej liczby satelitów widocznych
w obszarach miejskich, zdecydują się od razu na zakup. To oni
bowiem będą z pewnością głównymi beneficjentami systemu Galileo, gdyż dla nich ten nowy system będzie naturalnym uzupełnieniem funkcjonującego od lat systemu GPS.
O ile jeszcze kilka lat temu pytanie brzmiało GPS czy Galileo,
to obecnie niekwestionowanym hasłem jest GPS i Galileo!
q
Literatura
[1] Amarillo F., Falcone M., Van der Venden E.: Assesment of Galileo Performances Based on the Galileo Test Bed Experimentation Results. ION
GNSS, Long Beach 2004.
[2] Breuwer E.J., Dinviddy S.E., Hahn J.: The Galileo System. European
Navigation Conference GNSS. Rotterdam 2004.
[3] Galileo, The European Programme for Global Navigation Services. Galileo Joint Undertaking. Brussels 2004.
[4] Januszewski J.: System GPS i inne systemy satelitarne w nawigacji
morskiej. Fundacja Rozwoju Akademii Morskiej. Gdynia 2004.
[5] Maitega M., Ruiz L., Swann J.: Galileo Core System Development and
6th Framework Programme Coordination. European Navigation Conference GNSS. Rotterdam 2004.
[6] www.esa.int
[7] www.europa.eu.int
Autor
prof. Jacek Januszewski
– kierownik Katedry Nawigacji Technicznej
Akademii Morskiej w Gdyni
1-2/2006
29