Galileo - Europejski System Nawigacji Satelitarnej

Galileo - Europejski System Nawigacji Satelitarnej jest odpowiednikiem systemów GPS i GLONASS, lecz w odróznieniu od nich jest systemem cywilnym. Uruchomiony w pełnej funkcjonalności został w 15 grudnia 2016 roku. Oferując w standardzie dwie częstotliwości, Galileo zapewnia dokładność pozycjonowania w czasie rzeczywistym z dokładnością do jednego metra. Składa się z trzech segmentów: kosmicznego, kontroli (nazienego) oraz użytkowników.

Galileo - Europejski System Nawigacji Satelitarnej

Satelita Galileo

Segemnty systemu Galileo

Kosmiczny

Obecnie składa się 24 satelitów operacyjnych (stan - lipiec 2022), równomiernie rozmieszczonych na 3 orbitach nachylonych pod kątem 56°. na wysokości 23 222 km przez co zapewniony jest dobry odbiór sygnału nawet na 75° szerokości geograficznej. Duża liczba satelitów znajdujących się na orbitach wpływa także bardzo korzystnie na jakość jego działania. Utrata jednego z nich nie powinna nawet zakłócić funkcjonowania całego systemu.

Kontroli (naziemny)

Segment naziemny Galileo składa się z dwóch Centrów Kontroli Galileo (GCC) zlokalizowanych w Oberpfaffenhofen (Niemcy) i Fucino (Włochy).

W segmencie naziemnym wyróżniamy dwa niezależne komponenty. Pierwszy z nich to podsegment kontroli satelitów GCS (Ground Control System), a drugi to podsegment kontroli całości misji systemu MCS (Mission Control System). Każdy z powyższych komponentów pełni różne funkcje.

GCS odpowiada za: utrzymywanie konstelacji i kontrolowanie stanu technicznego wszystkich satelitów, opracowywanie strategii ich napraw, jak również ciągłe zarządzanie systemem w celu jego poprawnego funkcjonowania.

Zadaniami, za które z kolei odpowiada MCS jest: konserwacja serwisów oferowanych przez system, monitorowanie jego funkcjonowania, analizowanie emitowanych przez satelity sygnałów oraz rozprzestrzenianie danych systemu. Pomimo innego przeznaczenia oba podsegmenty posiadać będą także pewne funkcje wspólne takie jak: monitorowanie i kontrola stacji naziemnych, zaopatrywanie serwisów czy zarządzanie bezpieczeństwem systemu.

Komponent GCS składa się będzie z piętnastu telemetrycznych stacji nadawczo-odbiorczych TT&C (Telemetry, Telecommand & Tracking Station), odpowiadających za ciągłą kontrolę wszystkich satelitów systemu, natomiast komponent MCS z sieci 20 stacji monitorujących GSS (Ground Sensor Station) odbierających sygnały nadawane przez satelity systemu. Są one rozmieszczone na całej kuli ziemskiej w ten sposób, że w dowolnej chwili każdy z satelitów będzie obserwowany przez co najmniej 5 z nich. Jednym z ich głównych zadań jest rozpowszechnianie na Ziemi odbieranego satelitarnego sygnału nawigacyjnego.

Odebrane przez sieć stacji GSS informacje z segmentu kosmicznego są przekazywane do dwóch, umieszczonych w Europie, centrów kontroli GCC (Galileo Control Center). Ich zadaniem jest kontrolowanie konstelacji satelitów, monitorowanie ich działania i transmitowanych przez nie depesz nawigacyjnych, przetwarzanie sygnałów oraz danych, kontrolowanie i obsługa sygnałów czasu oraz zarządzanie całą częścią naziemną.

Obserwacje zgromadzone przez GSS są przesyłane do GCC za pośrednictwem zdublowanej sieci komunikacyjnej GALILEO Communications Network. Dane te w centrach kontroli są wykorzystywane do wyznaczania wiarygodności informacji przesyłanej przez system, synchronizacji sygnału czasu wszystkich satelitów jak i zegarów stacji naziemnych. Wymiana informacji pomiędzy GCC, a segmentem kosmicznym systemu odbywa się poprzez sieć stacji GUS (GALILEO Up-link Stations), w której skład będzie wchodzić piętnaście stacji telemetrycznych TT&C (Telemetry, Telecommand & Tracking Station) pracujących na falach S i C.

W podsegmencie MCS wyróżnić należy także bloki OSPF (Orbit Synchronization and Processing Facility) odpowiedzialne za obliczanie orbit satelitów i odchyłek ich wzorców czasu oraz blok IPF (Integrity Processing Facilities), którego zadaniem jest sprawdzanie poprawności nadawanych sygnałów. Dane z obu powyższych bloków będą przekazywane do MCF (Mission Control Facilities) gdzie będą archiwizowane. Dane te są także transmitowane do kolejnego elementu komponentu MCS o nazwie MGF (Message Generation Facility), w którym są tworzone depesze nawigacyjne.

Oprócz wymienionych bloków opisywany segment zawiera także bloki PTF (Precision Timing Facilities), SCF (Satellite Control Facility) oraz SPF (Services Product Facility).

Użytkowników

Trzecią częścią systemu Galileo jest segment użytkowników, których zadaniem jest eksploatacja stworzonego systemu. W skład tego segmentu wchodzi cała gamy odbiorników Galileo, które są konstruowane dla różnych grup odbiorców usług systemu, w zależności od zapotrzebowania i zastosowania.

Zastosowanie systemu Galileo

  1. Transport lotniczy, morski, drogowy, kolejowy oraz pieszy. System Galileo wykorzystywany jest począwszy od kontroli wszelkich faz lotu samolotu (szczególnie w obszarach bez infrastruktury kontroli przestrzeni powietrznej), poprzez automatyczną identyfikację poruszających się jednostek (samochody i statki) do optymalnego sterowania ich trasami lub do ostrzegania o potencjalnych niebezpieczeństwach i konieczności zmiany zaplanowanego toru i tempa jazdy (kolej).
  2. Zarządzanie przesyłaniem energii elektrycznej. Precyzyjne znaczniki czasu otrzymywane z systemu Galileo pozwalają na optymalizację przepływu prądu i szybkie przywrócenie sieci energetycznej do pracy po awarii.
  3. Finanse, bankowość i ubezpieczenia. System ze swymi certyfikowanymi znacznikami czasu zapewnia integralność, autentyczność i bezpieczeństwo elektronicznego systemu przesyłania danych i dokonywania elektronicznych transakcji. Zmniejsza prawdopodobieństwo nadużyć, a wszelkie transakcje są archiwizowane w jednorodnym i godnym zaufania systemie czasu. Stałe monitorowanie cennych ładunków podczas ich przewożenia oraz rutynowa instalacja systemu w samochodach, pozwalająca na śledzenie ich losu, sa kluczowymi podsystemami stosowanymi przez firmy ubezpieczeniowe.
  4. Nawigacja osobista. Jest to dziedzina o najszerszym spektrum zastosowań, począwszy od pomocy w poruszaniu się w terenie nieznanym i dostarczaniu o nim aktualnej informacji, poprzez nadzór nad osobami przewlekle chorymi lub monitorowanie pracowników służb publicznych podczas pracy w sytuacjach zagrożenia, aż do szeroko rozumianej rekreacji.
  5. Poszukiwanie i ratownictwo. Nadajniki określające i przekazujące swoją pozycję dzięki Galileo, pozwalają na szybką lokalizację zaginionych samolotów, statków, pojazdów i osób,
  6. Zarządzanie w sytuacjach kryzysowych (powodzie, trzęsienia Ziemi, pożary lasów). Zarządzanie w centrach dowodzenia jest znacznie łatwiejsze dzięki informacjom odbieranym i transmitowanej za pośrednictwem systemu Galileo.
  7. Wydobycie nafty i gazu.
  8. Zarządzanie środowiskiem.
  9. Rolnictwo i rybołówstwo.

Transmitowane przez satelity sygnały satelitarne zawierają także dane na temat pewności i wiarygodności tych sygnałów. Użytkownik w ciągu 6 sekund jest informowany o wykryciu błędów i niepoprawności w działaniu systemu. Dzięki tym wiadomościom Galileo jest wykorzystywany w aplikacjach związanych bezpośrednio z bezpieczeństwem życia (Safety-of-Life).

Serwisy systemu Galileo

  • Open Service (Serwis Otwarty) - powszechnie dostępny, bezpłatny serwis zapewniający dokładny pomiar czasu i pozycji,
  • Open Service Navigation Message Authentication (OSNMA): Usługa bezpłatnego dostępu uzupełniająca system operacyjny poprzez dostarczanie uwierzytelnionych danych, zapewniająca użytkownikom, że odebrany komunikat nawigacyjny Galileo pochodzi z samego systemu i nie został zmodyfikowany.
  • Commercial Authentication Service (Serwis Komercyjny) - serwis płatny zapewniający pomiary o zwiększonej precyzji (dzięki wykorzystaniu dwóch dodatkowych sygnałów kodowych) oraz gwarancję jakości i dokładności sygnału. Będzie posiadał funkcję ostrzegania użytkownika o wadliwym działaniu systemu zapewniając tym samym większą wydajność,
  • Public Regulated Service (Regulowany Serwis Publiczny) - serwis bezpłatny dla członków Unii Europejskiej, zapewniający organom administracji państwowej, władzom odpowiedzialnym za ochronę cywilną oraz bezpieczeństwo narodowe dokładny pomiar czasu i pozycji w oparciu o dodatkowe kodowane sygnały, odseparowane od innych, w celu gwarancji jakości i ciągłości usług. Serwis ten umożliwi rozwinięcie w krajach UE aplikacji, które ulepszą instrumenty wykorzystywane przy walce z nielegalnym eksportem czy nielegalnymi migracjami,
  • Search and Rescue Service (Serwis Poszukiwania i Ratownictwa) - powszechnie dostępny dla wszystkich zainteresowanych, bezpłatny serwis zapewniający precyzyjną lokalizację i komunikację zwrotną pomiędzy wysyłającym sygnał ratunkowy, a operatorem usługi.

Usługa Search and Rescue oparta jest na operacyjnym systemie Cospas-Sarsat (Cosmicheskaya Systema Poiska Avarynich Sudow - Search and Rescue Satelitte). By można z niej korzystać każdy z satelitów jest wyposażony w transponder, który umożliwi transmisję sygnału wzywania pomocy od użytkownika do Rescue Centre, które następnie zainicjuje operację ratunkową. W tym samym czasie system wygeneruje do użytkownika wiadomość informującą go, że sygnał został odebrany, a pomoc jest w drodze. Ta opcja jest dużą nowością i jest uważana za największe ulepszenie systemu w odniesieniu do innych, istniejących systemów, które nie zapewniają zwrotnych wiadomości do użytkownika.

Zaletą systemu Galileo jest także możliwość współpracy z innymi systemami nawigacyjnymi (GPS, GLONASS, EGNOS), jak również i z nienawigacyjnymi. Połączenie z systemami GSM i UMTS zapewnia komunikację oraz pozycjonowanie na bardzo wysokim poziomie. Szczególnie ważna jest także kompatybilność Galileo z GPS. Współpraca ta pozwola na uzyskanie dostępności sygnałów satelitarnych na powierzchniach 95% zurbanizowanych terenów (obecne możliwości oferowane przez GPS zapewniają tylko 50% pokrycie terenu). Z tego też powodu przyjęto dla podstawowego serwisu systemu Galileo tę samą częstotliwość jaką będzie posiadał nowy cywilny sygnał systemu GPS: L5GPS = E5aGalileo = 1176,45MHz. Galileo posiada również większe szerokości pasm nadawania zapewniając większą dokładność, a przede wszystkim silniejszy sygnał. Pozwa to na wykorzystywanie nawigacji satelitarnej także w budynkach i w tunelach. Częstotliwości, na których satelity systemu transmitują sygnał przedstawiają się następująco: E5A-E5B (1164-1215 MHz), E6 (1260-1300 MHz), E2-L1-E1 (1559-1591 MHz).

Istotnym przełomem w tworzeniu nakładających się systemów było zawarte 26 czerwca 2004 roku porozumienie pomiędzy Stanami Zjednoczonymi, a Komisją Europejską w sprawie zasad wspólnego funkcjonowania amerykańskiego systemu GPS i europejskiego Galileo. Na mocy tego porozumienia rozwiązano kwestię ich współistnienia. Komisja zgodziła się na zawężenie komercyjnego pasma pokrywającego się z wojskowym GPS, natomiast strona amerykańska zadeklarowała nie wyłączanie pasma komercyjnego.

 

Przetwarzanie sygnału nawigacji satelitarnej Galileo

Przetwarzanie sygnału nawigacji satelitarnej Galileo

Architektura systemu Galileo

Na architekturę systemu składają się trzy główne komponenty: globalny, regionalny i lokalny.

Pierwszy z nich, składający się z konstelacji satelitów Galileo, ma na celu zapewnienie usług użytkownikom na poziomie globalnym. Drugi obejmuje sieć regionalnych stacji nadzorujących wiarygodność sygnałów i centrów przetwarzania danych. Do tego typu serwisów zaliczyć można EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), którego celem działania jest zapewnienie lepszych rezultatów funkcjonowania systemów nawigacji satelitarnej w regionie swojej operacyjności - ECAC (European Civil Aviation Conference). Ponieważ z założenia system Galileo ma zapewnić wysoki poziom wydajności dla użytkowników znajdujących się na całej kuli ziemskiej, możliwe będzie również zaadaptowanie lokalnych elementów infrastruktury do specjalistycznych zastosowań takich jak obsługa lotnisk, portów, sieci kolejowych, dróg czy obszarów zurbanizowanych. Dane do użytkownika docierać będą poprzez specjalnie do tego celu stworzone połączenia, jak również za pośrednictwem zewnętrznych źródeł takich jak sieci telefonii komórkowych (GSM lub UMTS). W lotnictwie, lokalne składowe systemu Galileo, oferujące usługi przystosowane do panujących na danym obszarze warunków, będą odgrywały znaczącą rolę w usprawnieniu istniejących struktur czyniąc tym samym nawigację satelitarną bardziej atrakcyjną ekonomicznie.

Fazy rozwoju systemu Galileo

Projekt Galileo zawiera cztery fazy rozwoju systemu, które będą prowadzone pod patronatem Europejskiej Agencji Kosmicznej i Komisji Europejskiej, jednak nadzór nad ostatnią faza programu (użytkowania) przekazana zostanie w ręce sektora prywatnego. Poszczególne części projektu to:

  1. Faza definiowania systemu (zakończona), która zaowocowała takimi projektami jak GALA, GALILEI, GEMINIUS, INTEG, SAGA, GUST, SARGAL.
  2. Faza rozwoju systemu, na którą składają się:
    • zestawienie wymogów misji
    • rozwój satelitów i komponentów naziemnych
    • atestacja systemu na orbitach
    Faza ta poświęcona jest szczegółowemu, dalszemu definiowaniu różnych komponentów systemu: satelitów, elementów naziemnych czy odbiorników użytkowników. W część testowej zawierać będzie umieszczenie prototypu satelity na orbicie i stworzenie minimalnej infrastruktury naziemnej. Pozwoli to na niezbędną regulację sektora naziemnego w odniesieniu do jego globalnego użytkowania i uruchamiania. Kierowaniem tej fazy rozwoju zajmuje się GALILEO Joint Undertaking.
  3. Faza rozwoju składającą się z:
    • konstrukcji i uruchomienie satelitów
    • kompletna instalacja segmentu naziemnego
    Faza ta zawiera stopniowe umieszczanie wszystkich satelitów na orbitach, aż do zapewnienia pełnego wykorzystania infrastruktury naziemnej.
  4. Faza użytkowania i komercyjnego działania.

Źródło:  Polski Punkt Informacyjny Galileo

Drukuj Email

Nasze patronaty

Konkurs SKP na Internetową Mapę Roku
Zgłoszenia do 10 września 2022
Kongres FIG w Warszawie
11-15 września 2022
SCEgeo 2022
22-24 czerwca 2022
FME World Tour 2022
18 maja 2022
GIS w Nauce
23-24 czerwca 2022
Regionalna Infrastruktura Informacji Przestrzennej na rzecz rozwoju społeczeństwa informacyjnego
23-24 czerwiec 2022
Informacja przestrzenna impulsem dla rozwoju lokalnego
2-3 czerwca 2022

Galeria

Wrocławski GIS Day 2019
13 listopada 2019
Informacja Przestrzenna nowym IMPULSEM dla rozwoju lokalnego
23.05.2019 Wrocław
XVII Wyprawa BARI - Jordania 2018