arrowStona główna arrow Nawigacja satelitarna arrow EGNOS Sunday, 23 April 2017  
 
Polski Punkt Informacyjny Galileo
 
English



 
Menu główne
 Stona główna
 Aktualności
 Partner Galileo
 Partnerzy
 Projekty GNSS
 Europejski Plan Radionawigacyjny
 Polish Technologies in ESP
 Konferencja Galileo 2006
 Galileo Days in Riga 2005
 Konferencja Galileo 2004
 Warsztaty EGNOS 2005
 Warsztaty EGNOS 2004
 Dzień współpracy
 Otwarcie stacji RIMS
 Nawigacja satelitarna
 EGNOS
 GALILEO
 Biuletyn Nawi
 Linki
 O nas
 Kontakt

System EGNOS   PDF  Print  E-mail 

Europejski System Wspomagania Satelitarnego - EGNOS

Koncepcja stworzenia europejskiego systemu nawigacji satelitarnej pojawiła się już pod koniec lat 80 ubiegłego stulecia. Narodziła się z potrzeby uzyskania poczucia niezależności w obszarze nawigacji satelitarnej, a także potrzeby stworzenia systemu, który będzie oferował pewną i wiarygodną informację. Niestety twórcy tej idei (Francuska Agencja Kosmiczna) nie byli w stanie samodzielnie stworzyć takiego systemu. Z pomocą przyszła dopiero Unia Europejska, której aktywne zaangażowanie pozwoliło realnie myśleć o realizacji pierwotnej koncepcji.
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 oraz infrastruktury wspierającej. Dość znacząco rozbudowana konstrukcja systemu wymuszona jest poprzez sposób jego działania. Sprowadza się ona bowiem do zapewnienia dostępności sygnałów satelitarnych zawierających informacje regionalne na temat funkcjonowania systemu użytkownikom znajdujących się w regionie ECAC ( European Civil Aviation Conference jest międzyrządową organizacją powstałą w 1955 roku zrzeszającą obecnie 42 kraje. Jej głównym celem jest promowanie ciągłego rozwoju bezpieczeństwa, wydajności i utrzymywania europejskiego systemu transportu powietrznego) – w rejonie działania systemu. System może być jednak wykorzystywany na o wiele większym obszarze. Swoje usługi oferować może na całym terenie znajdującym się w zasięgu transmisji satelitów geostacjonarnych uwzględniając tym samym Afrykę północną oraz wschodnią część Rosji.

Segment kosmiczny EGNOS’a składa się z trzech satelitów geostacjonarnych: Inmartsat III AOR-E (Atlantic Ocean Region – East - 15,5°W) (PRN 120), Inmartsat III IOR-W (Indian Ocean Region – West -25°E) (PRN 126) oraz ESA Artemis (Advanced Relay Technology Mission - 21,5°E) (PRN 124), który jest telekomunikacyjnym satelitą należącym do Europejskiej Agencji Kosmicznej (European Space Agency). Do segmentu kosmicznego należy także zaliczyć konstelacje satelitarnych systemów nawigacyjnych GPS i GLONASS.
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.
Wyróżniamy trzy rodzaje stacji RIMS - EGNOS. Są to stacje typu „A”, które odpowiadają za dostarczanie poprawek, „B” które służą do określania zgodności wiadomości nawigacyjnych oraz „C”, których zadaniem jest wykrywanie nieprawidłowości w sygnałach GPS.
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 kontroli MCC są zespołem czterech centralnych stacji systemu. Przetwarzają one dane zbierane przez stacje RIMS, wykorzystując je do monitorowania i kontrolowania działania systemu. W stacjach tych generowane są poprawki EGNOS WAD, obliczane są parametry ruchu satelitów geostacjonarnych, a także archiwizowane są wszystkie dane dotyczące funkcjonalności EGNOS. Tworzone tu poprawki WAD przyczyniają się do zwiększania dokładności określania pozycji z około 20 metrów (GPS) do 1-2 metrów. W centrach kontroli sprawdzana jest również jakość danych przekazywanych użytkownikom tzn. określana jest wiarygodność (ang. integrity) emitowanych sygnałów.
Stacje MCC składają się z dwóch modułów. Jednym z nich jest Central Processing Facility, który odpowiada za dostarczanie poprawek WAD, zapewnienie informacji dotyczącej wiarygodności systemu oraz sprawdzanie generowanych poprawek poprzez wykorzystywanie niezależnych kanałów stacji RIMS. Drugim elementem składowym centralnej stacji kontroli jest CCF – Central Control Facility, który odpowiada za monitorowanie i kontrolowanie naziemnych elementów EGNOS’a oraz monitorowanie całości funkcjonowania systemu wraz z archiwizacją wszystkich danych dotyczących jego działania.
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.

Zespół sześciu stacji NLES odpowiedzialny jest za łączność z satelitami geostacjonarnymi. Po dwie z nich przydzielone są do każdego satelity geostacjonarnego, z czego jedna jest aktywna, a druga rezerwowa (in hot backup). W ramach swojej działalności stacje NLES przesyłają do satelitów GEO wygenerowany w centrach kontroli sygnał nawigacyjny na częstotliwości amerykańskiego systemu GPS – L1, zmodyfikowany jednak za sprawą modulacji kodu. Te telemetryczne stacje przekazują do satelitów znajdujących się na orbicie geostacjonarnej także wiadomości GIC (Geostationary Integrity Chanel) i WAD, odpowiadają za synchronizację sygnału do czasu systemu EGNOS - ENT oraz kontrolują spójność kodową i fazową.
Stacje te znajdują się w Torrejon (Hiszpania), Fucino (Włochy), Aussaguel (Francja), Raisting (Niemcy), Goonhilly (Wielka Brytania) i w Sintrze (Portugalia).

Kolejnym elementem budowy systemu jest segment użytkowników. EGNOS został tak zaprojektowany, aby zaspokoić wymagania międzynarodowej organizacji lotnictwa cywilnego ICAO, dzięki czemu spełnia automatycznie również mniej restrykcyjne wymagania stawiane przez użytkowników morskich, drogowych czy kolejowych.
Elementami tego segment 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.

Ostatnim składową architektury systemu jest segment, który wspomaga rozwój oraz działanie EGNOS. Składa się on z dwóch elementów. Pierwszy z nich nosi nazwę ASQF (Application Specific Qualification Facility) i znajduje się w Torrejon (Hiszpania), natomiast drugi nazywa się PACF (Performance Assessment and System Checkout Facility) i jest usytuowana w Touluse (Francja).
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.

System wspomagania satelitarnego EGNOS, dzięki zwiększeniu efektywności pracy GPS i GLONASS, przyczyni się do zwiększenia wachlarza zastosowań nawigacji satelitarnej. Poza typowymi zadaniami jak nawigacja czy pomiary geodezyjne coraz większą popularnością cieszy się ona w turystyce (wspinaczka górska, żeglarstwo), rybołówstwie czy rolnictwie. Z dnia na dzień znajduje zastosowanie w coraz to nowszych dziedzinach życia.
Technologia kosmiczna pełni już obecnie kluczową rolę w maksymalizowaniu bezpieczeństwa w transporcie ludzi jak i towarów. Dlatego tez głównym użytkownikiem systemu będzie sektor usług transportowych. Działanie systemu wpłynie na transport drogowy, kolejowy, czy żeglugę śródlądową. Polepszy koordynację ruchu i bezpieczeństwo. Pozytywnie wpłynie także na funkcjonowanie służb porządkowych, policji, służby zdrowia, komunikacji miejskiej, taksówek, firm przewozowych czy turystów, dla których znajomość pozycji i parametrów ruchu jest także bardzo ważną informacją. Poza aspektem bezpieczeństwa EGNOS będzie również wspierał zarządzanie pewnymi operacjami w transporcie. Pozwoli na dokładne określanie czasu dostarczania przesyłek jak również wpłynie na poprawę obsługi klienta, dzięki możliwość informowania go o ewentualnych opóźnieniach i ich powodach.
W sektorze powietrznym umożliwi latanie bez uwzględniania tuneli powietrznych. Zapewni redukcję czasu lotu, jak i zużycia paliwa, a tym samym zmniejszenie zanieczyszczeń powietrza. Pozwoli na pewniejsze wykonywanie manewrów lądowania niezależnie od warunków pogodowych, redukując występujące opóźnienia, odwołania lotów czy lądowania na lotniskach alternatywnych. Zwiększy przepustowość pasów startowych, a także bezpieczeństwo na lotniskach i lądowiskach. Ponadto ułatwi naziemnej kontroli lotów obsługę zwiększającego się ciągle ruchu lotniczego, redukując jednocześnie infrastrukturę naziemną.
W sektorze morskim ułatwi nawigację, zarządzanie i administrowanie ruchem statków, wykonywanie manewrów portowych, analizowanie wypadków i katastrof, eksplorację i eksploatację dna morskiego jak również prowadzenie połowów.
W transporcie naziemnym przyczyni się do optymalizacji szlaków drogowych i ich większej kontroli. Pozwoli na dokładne administrowanie pojazdów poprzez ich ciągłe śledzenie i precyzyjne rejestrowanie ich pozycji. Pomoże w lokalizacji pojazdów skradzionych czy w przekazywaniu informacji turystycznych.
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.

Na przestrzeni najbliższych kilkunastu lat system EGNOS przyczyni się do zdecydowanego rozwoju technologicznego i ekonomicznego nie tylko gospodarki europejskiej, ale również i światowej. Dzięki polepszeniu efektywności swego działania i wiarygodności funkcjonowania będzie mógł w momencie osiągnięcia pełnej operacyjności (według zapewnień przedstawicieli Europejskiej Agencji Kosmicznej powinno to nastąpić na początku roku 2006) być z powodzeniem wykorzystywany w aplikacjach związanych z bezpieczeństwem życia, zwiększając tym samym asortyment swoich usług. W przypadku EGNOS’a operatorzy systemu biorą bowiem pełną odpowiedzialność za jakość jego działania. Po uzyskaniu odpowiednich certyfikatów będzie mógł być stosowany w tzw. zastosowaniach krytycznych (ang. critical applications), w których pewność uzyskiwanych informacji jest najważniejsza.
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.


 
top