lokalizacja.info - wszystko o nawigacji

EGNOS

Europejski System Wspomagania Satelitarnego

W celu urzeczywistnienia tego pomysłu powstał Europejski Program Nawigacji Satelitarnej (European Satellite Navigation Action Programme - ESNAP), który został podzielony na dwa etapy: GNSS-1 i GNSS-2. Pierwszy z nich, zapoczątkowany w 1995 roku i opracowany przez specjalistów z ICAO /GNSS (International Civil Aviation Organization / Global Navigation Satellite System) miał polegać na stworzeniu systemu pierwszej generacji, opartego na sygnałach GPS, Glonass i wspierającym je europejskim, cywilnym systemie wspomagania satelitarnego o nazwie EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Service. Drugi etap planu zakładał natomiast stworzenie systemu drugiej generacji, który miałby głównie cywilne przeznaczenie oraz działałby pod cywilną kontrolą od roku 2010.

Twórcy ESNAP zakładali, że możliwości oferowane przez nawigację satelitarną przyczynią się do zdecydowanego rozkwitu gospodarki europejskiej. Dlatego też Komisja Europejska, Europejska Agencja Kosmiczna oraz Europejska Organizacja do spraw Bezpieczeństwa Nawigacji Powietrznej EUROCONTROL utworzyły European Tripartite Group (ETG) inicjując prace nad wspólnym programem. Efektem jego realizacji była testowa wersja systemu o nazwie EGNOS System Test Bed (ESTB), która w połowie lutego 2000 roku rozpoczęła transmisje sygnałów nawigacyjnych. Pełna wersja systemu EGNOS, która będzie w przyszłości elementem niezależnego, a zarazem w pełni kompatybilnego z militarnymi GPS i Glonass, globalnego i cywilnego systemu nawigacji satelitarnej o nazwie Galileo, będzie gotowa do końca 2005 roku.

Narodziny systemu EGNOS, który należy do grupy systemów wspomagania satelitarnego były w głównej mierze podyktowane rosnącą potrzebą zwiększania precyzji i dokładności pomiarów przeprowadzanych z wykorzystaniem istniejących globalnych systemów nawigacji satelitarnych. Szczególnie ważnym czynnikiem przy jego tworzeniu było stworzenie takiego systemu, który spełni wszystkie, nawet najbardziej rygorystyczne wymagania użytkowników.

System EGNOS jako „nakładka ulepszająca” (z ang. overlay augmentation) na amerykański GPS i rosyjski Glonass zwiększa dokładność, dostępność, ciągłość i wiarygodność działania tych systemów, co sprzyja możliwościom jego bardzo szerokiego wykorzystywania. Dzięki takiej charakterystyce spełnia on wymagania stawiane przez wszystkie rodzaje transportu, włączając w to użytkowników lotnictwa cywilnego oraz transportu morskiego i lądowego.

Istotną cechą systemów wspomagania satelitarnego (SBAS - Satellite Based Augmentation System) jest ich kompatybilność. Obok EGNOS’a wyróżnić jeszcze możemy pionierski, amerykański system WAAS (Wide Area Augmentation System) oraz japoński MSAS (Multifuncional Satellite Based Augmentation System). Są to systemy regionalne, jednakże na mocy porozumienia MOPS (Minimum Operational Performance Standards), transmitowane przez nie informacje mają taką samą strukturę. Dlatego też odbiorniki „rozumieją” zawartość odbieranych sygnałów niezależnie od systemu, który je emituje. Kooperacja ta powoduje także znaczący wzrost terenowej dostępności ich sygnałów, a w połączeniu z planowanymi ulepszeniami systemów satelitarnych umożliwi w przyszłości rzeczywisty, globalny serwis nawigacji satelitarnej.

EGNOS został zaprojektowany tak, aby zapewnić nieprzerwaną ciągłość działania przez najbliższych kilkanaście lat, wspomagać działania systemów GPS i GLONASS, a w przyszłości stać się także elementem globalnego systemu nawigacji satelitarnej Galileo. Jego architektura, której elementy rozmieszczone są po całej Europie składa się z czterech następujących segmentów:

• kosmicznego (przestrzennego),
  
• naziemnego (kontroli),
  
• użytkownika
•  infrastruktury wspierającej.
  

Zadaniem satelitów geostacjonarnych jest transmitowanie za pomocą specjalnych transponderów pokładowych, sygnałów zbliżonych swoją postacią do tych emitowanych przez satelity GPS. Ich kodowanie jest jednak tak dobrane by pomimo tej samej częstotliwości L1 współczynnik korelacji z sygnałami systemu GPS był jak najmniejszy, a tym samym powodował jak najmniejsze ich degradacje. Przesyłane wiadomości zawierają poprawki różnicowe ulepszające obserwacje GPS i GLONASS zwiększając dokładność ich pracy. Zawierają także dane dotyczące wiarygodności ich działania, jak również informują i alarmują użytkownika w ciągu kilku sekund o pojawieniu się błędów oraz wynikłych w czasie transmisji defektach.

Drugim komponentem architektury systemu EGNOS jest segment naziemny, który składa się z sieci 34 stacji referencyjnych RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), zespołu 4 stacji kontroli MCC (Mission Control Centers) oraz grupy 6 stacji NLES (Navigation Land Earth Stations). Dopełnieniem segmentu kontroli jest sieć komunikacyjna EWAN (EGNOS Wide Area Communications Network), która odpowiada za łączność pomiędzy wszystkimi elementami naziemnej części systemu.

Stacje RIMS wykorzystywane są do ciągłego śledzenia i monitorowania konstelacji satelitów GPS, GLONASS oraz satelitów geostacjonarnych. Odbierają one sygnały z wszystkich satelitów i wykonują między innymi pomiary pseudoodległości metodą kodową, prowadzą pomiary fazowe, określają sygnał SIS (Signal In Space), przyczyniają się do zmniejszania błędu wielodrożności i redukcji zakłóceń sygnału oraz określają różnice pomiędzy skalą czasu odniesienia (UTC), a czasem systemu EGNOS (ENT – EGNOS Network Time). Następnie przesyłają w skompresowanej postaci zebrane dane do centralnej stacji kontroli MCC, gdzie trafiają do „mózgu całego systemu”, czyli centrum obliczeniowego CPF (Central Processing Facility). Obliczone tu dane są z kolei przesyłane za pośrednictwem sieci EWAN do stacji telemetrycznych posiadających łączność z satelitami systemu. Wygenerowane w naziemnych centrach obliczeniowych poprawki są za pośrednictwem wspomnianych stacji NLES wysyłane do satelitów geostacjonarnych. W ten sposób drogą satelitarną trafiają do użytkownika, jak również są odbierane przez stacje RIMS tworząc zamknięty obwód obiegu informacji.

Stacje RIMS rozmieszczone są równomiernie na terenie całej Europy i charakteryzują się bardzo dokładną znajomością swojego położenia. Wszystkie z nich wyposażone są w wysokiej klasy odbiorniki GPS i GLONASS.

Jednym z podstawowych działalności stacji jest także zapewnianie precyzyjnej skali czasu dla systemu EGNOS. Zadanie to wykonywane jest dzięki zintegrowanym w obudowie RIMS A zegarom atomowym. (W Paryżu znajduje się jedna stacja posiadająca tylko kanał A. Jest ona przeznaczona do precyzyjnej dystrybucji przesunięcia czasu w stosunku do skali UTC).

Stacje MCC rozmieszczone są w Ciampino (Włochy), Gatwick (Wielka Brytania), Longan (Dania) i Torrejon (Hiszpania). Jednak w danej chwili aktywna i operacyjna jest tylko jedna stacja. Pozostałe są uśpione, ale w pełni gotowe do działania, gdyby w funkcjonowaniu tej aktywnej pojawiły się jakiekolwiek problemy.

Stacje te znajdują się w Torrejon (Hiszpania), Fucino (Włochy), Aussaguel (Francja), Raisting (Niemcy), Goonhilly (Wielka Brytania) i w Sintrze (Portugalia).

Elementami tego segmentu są odbiorniki mające możliwość odbierania sygnałów EGNOS, transmitowanych z satelitów geostacjonarnych, których w danej chwili użytkownik powinien być w stanie obserwować minimum dwa. Zadaniem tych odbiorników jest przetwarzanie napływających z segmentu kosmicznego informacji i wyznaczanie na ich podstawie pozycji użytkownika. Sprzęt ten określa także wiarygodność napływających sygnałów, która stanowi kluczowy element systemu.

ASQF jest odpowiedzialne za zabezpieczanie środków technicznych niezbędnych do zatwierdzania aplikacji opartych na systemie EGNOS oraz ich analizy. PACF jest z kolei ośrodkiem zapewniającym wsparcie techniczno – inżynieryjne, składające się z zespołu kilku stacji roboczych zespolonych lokalną siecią komunikacyjną. W ramach swojej działalności, odpowiadającej za sprawne funkcjonowanie systemu, stacje PACF analizują i testują wydajności systemu, analizują sytuacje, w których wystąpiły błędy w działaniu EGNOS’a oraz szukają ich przyczyn. Prowadzą także ciągłą kontrolę konfiguracji systemu, zajmują się jej konserwacją oraz określają procedury postępowania operacyjnego. Oprócz tego jednostka PACF zajmuje się również archiwizowaniem danych systemowych.

Głównym celem działania systemu EGNOS jest dostarczanie informacji „ulepszających” dane generowane przez systemy globalnej nawigacji satelitarnej. Dzięki funkcjonowaniu EGNOS zdecydowanej poprawie ulegają podstawowe parametry nawigacyjne systemów GPS i GLONASS, tj. dokładność, czyli zdolność systemu do określania pozycji mierzonego obiektu w granicach dopuszczalnego błędu systemu z prawdopodobieństwem 95%, wiarygodność, która określa poziom zaufania do dostarczanej przez system informacji, ciągłość, czyli zdolność systemu (satelitów) do nieprzerwanej pracy podczas całego swojego przelotu nad horyzontem użytkownika i dostępność określaną jako prawdopodobieństwo pełnienia usług nawigacyjnych w dowolnym momencie.

Sygnały pochodzące z satelitów geostacjonarnych są tak zdefiniowane by mogły być bezpiecznie stosowane w lotnictwie, żegludze czy transporcie drogowym. Jednak na terenach mocno zurbanizowanych mogą one ulegać pewnym degradacjom. Przeszkody terenowe występujące na drodze rozchodzącego się sygnału mogą powodować błędne działanie systemu. W celu uniknięcia takich problemów Europejska Agencja Kosmiczna przygotowała program SISNET (Signal in Space trough the Internet), polegający na przesyłaniu wiadomości - poprawek za pośrednictwem Internetu. Głównym celem tego programu jest udostępnianie wiadomości systemu EGNOS, wykorzystując połączenia radiowe (np. GSM) z Internetem. Jest to obecnie bardzo prężnie rozwijany projekt, który pozwoli każdemu użytkownikowi w dowolnej chwili uzyskać poprawki do wyznaczeń swej pozycji, czy parametrów swego ruchu za pośrednictwem sieci internetowej.

W transporcie kolejowym, korzyści jakie niesie ze sobą wprowadzenie systemu, związane jest przede wszystkim z oszczędnościami finansowymi właścicieli linii kolejowych. Dzięki systemowi nie będzie bowiem konieczności zbędnego okablowywania torów. Usprawnione zostaną przejazdy kolei, jak również skróceniu ulegnie czas oczekiwania na przejazdach kolejowych. Ograniczona zostanie także ilość sytuacji niebezpiecznych, a przede wszystkim ilość wypadków.

Poza zastosowaniami określania pozycji i parametrów ruchu EGNOS zapewni także globalną, stabilną (na poziomie kilku nanosekund względem uniwersalnego czasu koordynowanego UTC) skalę odniesienia czasu. Dzięki temu, potrzebujące precyzyjnego układu odniesienia w czasie, sieci komputerowe i telekomunikacyjne znajdujące się na całym świecie otrzymają źródło wiarygodnego i maksymalnie dokładnego standardu czasu. Przyczyni się to do lepszej ich synchronizacji, a wraz z serwisami GSM i UMTS do powstania wielu nowych usług.

Przewiduje się, że EGNOS przyniesie znaczące postępy w jakości, wydajności i bezpieczeństwie usług. Zaoferuje również wiele nowych zastosowań rozbudowując potencjalny rynek nawigacji satelitarnej, który według szacunków ma osiągnąć około 50 mld € w ciągu kilkunastu lat. Kwota ta może ulec jeszcze zwiększeniu, szczególnie że w roku 2004 Rada Unii Europejskiej podjęła ostateczna decyzję o włączeniu systemu EGNOS do struktur powstającego globalnego systemu nawigacji satelitarnej Galileo.