Cursul 1-Sisteme Complementare Bazate Pe Sateliti

  • Published on
    05-Dec-2014

  • View
    70

  • Download
    1

Transcript

Universitatea Politehnica din Timioara Facultatea de Construcii Specializarea: Msurtori Terestre i Cadastru Curs: Tehnologii Geodezice Spaiale

1.1

SISTEME SATELITARE DE NAVIGAIE REGIONALE

Pe lang sistemele de navigaie bazate pe satelii cu acoperire global, prezentate n paragrafele anterioare, exist alte dou sisteme cu acoperire regional, dezvoltate de Japonia, respectiv India. 1.1.1 QZSS Sistemul satelitar QZSS (Quasi Zenith Satellite System) este dezvoltat de Japonia ca un sistem regional, care s acopere regiunea din partea de est a Asiei i Oceania, avnd ca zon central Japonia.Sistemul QZSS are rolul de a asigura servicii de poziionare n zone cu cldiri nalte (canioane urbane) i zonele muntoase.Informaiile prezentate n aceast seciune au la baz documentul tehnic, emis n martie 2009 (Japan Aerospace Exploration Agengy, 2009).

Fig 2.1 Sistemul de navigaie satelitar QZSS 1.1.1.1 Arhitectura QZSS Constelaia de baz a sistemului QZSS este constituit din trei satelii QZS (Quasi-Zenith Satellite), plasai pe orbite eliptice foarte nclinate, care au forma cifrei 8, centrate la o longitudine de 135E.Acest configuraie are rolul ca, n orice moment unul dintre cei 3 satelii s fie n poziie aproape zenital, astfel nct s poat oferi servicii pentru unghiuri de elevaie

mai mari de 70.Sateliii QZS vor avea n dotare ceasuri atomice cu Rubidium, i o period de funcionare de 10 ani. Segmentul terestru a QZSS se constituie din aproximativ 10 staii monitoare distribuite n Japonia, Asia de Est i Oceania, o staie de control principal, cu rolul de a colecta informaiile de la staiile monitoare, de a calcula efemeridele i coreciile ceasurilor satelitare, de a genera mesajele de navigaie.

1.1.1.2 Structura semnalelor Sateliii QZS vor emite semnale n benzile de frecven L1,L2 i L5, pentru ca QZSS s fie compatibil i interoperabil cu semnale existente i viitoare ale sistemului GPS (Terada, 2008). n plus, sateliii vor transmite un semnal, denumit LEX, pe o a patra frecven, pentru a asigura interoperabilitatea cu semnalul GALILEO E6.n total sateliii QZS vor emite opt semnale diferite, n patru benzi de frecven. Prin trasmiterea de semnale care sunt compatibile cu cele emise de GPS, sistemul QZSS va mbunti serviciile GPS oferite, prin creterea disponibilitii, mbuntirea performanelor de precizie i a factorului de integritate a semnalelor GPS.Acest lucru va fi realizat odat cu recepia unuia sau a mai muli satelii QZS. Conform unui document oficial, publicat de guvernul japonez la data de 31 martie 2006, QZSS va fi implementat n dou faze.Faza I, presupune lansarea primului satelit QZS pe perioada anului fiscal 2010, validarea tehnic i demonstrarea aplicabilitii programului.Faza II, va include lansarea celorlani doi satelii i va demonstra funcionalitatea sistemului. 1.1.2 IRNSS n mai 2006, India a demarat programul IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System), pentru dezvoltarea unui sistem de navigaie independent, care s acopere subcontinentul Indian.Segmentul spaial va fi constituit din 3 satelii geostaionari i ali 4 satelii geosincronizai. Sateliii GEO vor fi amplasai la 34E, 83E i 132E. Sateliii GEO vor intersecta ecuatorul la 55E (doi satelii) i 111E (doi satelii) sub un unghi de nclinaie de 29 i diferen relativ de 56(Kibe,2006). Sistemul va avea o arie de acoperire cuprins ntre meridianele de 40 i 140 longitudine E i paralele de 40 latitudine nordic i sudic.Primul satelit este preconizat a fi lansat n prima parte a anului 2010.Faza final a constelaiei va fi atins dupa 2015.

IRNSS va oferi servicii de poziionare n benzile de frecven L (1191.795 +/-12 MHz), S (2491.005 +/-8.25 MHz) i C (3400-3425 MHz) (Suryanarayana Rao 2007).Acest lucru va permite precizii de poziionare de 20 m deasupra regiunii Oceanului Indian i precizii de 10 m pentru teritoriul indian i rile nvecinate (Bhaskaranarayana, 2008).

Fig 1.2 Sistemul de navigaie satelitar IRNSS 1.2 Sisteme complementare de mbuntire bazate pe satelii Pentru a mbuntii performanele sistemelor satelitare, cteva sisteme complementare de mbuntire bazate pe satelii, cunoscute sub acronimul de SBAS (Satellite Based Augmentation Systems), au fost implementate sau sunt n curs de implementare.n general, aceste sisteme sunt bazate pe satelii plasai pe orbite medii (MEO), pe orbite joase (LEO) sau pe orbite geostaionare (GSO).Cteva sisteme deja operaionale ca WAAS (Wide-Area Augmentation System) n Statele Unite sau EGNOS (European Geostationary Navigation

Overlay Service) n Europa au demonstrat succesul i eficiena conceptului de complementaritate.Acest lucru a determinat i alte ri s demareze implementarea de astfel de proiecte. Tabelul urmtor red caracteristicile de baz ale sistemelor SBAS, curente sau n curs de dezvoltare.

Fig 1.3 Sisteme complementare de mbuntire bazate pe satelii SBAS

Tabelul 1.1 Sisteme complementare de mbuntire bazate pe satelii SBAS SBAS EGNOS Satelit Immarsat-3 F2 (AOR-E) ESA Artemis Immarsat-3 F5 Data lansrii 6 septembrie 1996 12 iulie 2001 4 februarie 1988 21E 25E 55E 82E 124 126 127 128 Longitudine 15W PRN 120

GAGAN

INSAT-4G GSAT-4

n 2010 prima parte 2010

MSAS

MTSAT-1R MTSAT-2

26 februarie 2005 18 februarie 2006 13 octombrie 2005 9 septembrie 2005

140E 145E 133W 107W

129 137 135 138

WAAS

GEO3 (Intelsat Galaxy XV) GEO4 (TeleSat Anik F1R)

Din punct de vedere arhitectural, un sistem SBAS este constituit din componente terestre i spaiale, care au rolul de a mbuntii performanele sistemelor GNSS.Componenta terestr cuprinde o reea de staii de referin care colecteaz observaii GNSS. Aceste observaii sunt transmise ctre staii principale, care le folosesc la determinarea coreciilor pentru efemeridele sateliilor, coreciile ceasurilor satelitare i coreciile ionosferice. Coreciile calculate, mpreun cu informaiile de integritate, sunt transmise ctre segmentul spaial format din satelii GEO, care au rolul de a retransmite aceste informaii ctre utilizatori.Utilizatorii pot combina aceste informaii de complementaritate cu propriile msurtori GNSS, n soluia de navigaie pentru mbuntirea preciziei.Cu o probabilitate de 95%, precizia estimativ a sistemelor SBAS variaz ntre 1-3 metri n plan orizontal i 2-4 metri n plan vertical (Hofmann-Wellenhof,2008). 1.2.1 WAAS Wide-Area Augmentation System (WAAS) este un proiect dezvoltat de administraia aviatic federal a SUA (FAA- Federal Aviation Administration).WAAS are rolul de a mbunti acurateea, integritatea i disponibilitatea sistemului GPS, concomitent cu mbuntirea controlului i siguranei traficului aerian (Lawrence 2007).Faza iniial IOC a sistemului a fost atins n iulie 2003, iar faza final FOC la 30 septembrie 2008.Arhitectural, WAAS include un numar de 38 de staii de referin fixe, distribuite pe teritoriul Americii de Nord i Hawaii (Eldredge, 2008), pentru a msura variaiile ce apar n semnalele transmise de sateliii GPS.Toate msurtoriile facute de staiile de referin, sunt transmise ctre trei staii principale, care sunt responsabile cu generarea de corecii difereniale i informaii despre integritatea i transmiterea mesajelor de corecie ctre doi satelii geostaiona i WAAS.Ambii satelii WAAS au fost lansai n 2005 i au la bord transmitoare pe frecvenele L1 i L5, ceea ce i fac compatibili cu noile semnale GPS.

Fig 1.4 Sistemul complementar WASS

2.2.2 EGNOS

Fig 1.5 Sistemul complementar EGNOSS European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) este un parteneriat comun al Ageniei Europene Spaiale (ESA), Comisia European (EC) i Organizaia european pentru sigurana navigaiei aeriene (Eurocontrol). EGNOS reprezint primul proiect european n ceea ce priveste navigaia pe baz de satelii i precursorul sistemului GALILEO. Acest serviciu are rolul de a mbunti i completa cele dou sisteme de navigaie satelitare operaionale (GPS i GLONASS), oferind informaii de verificare a calitii i integritii, strict necesare aplicaiilor critice cu privire la sigurana public, precum traficul aerian i maritim, poliie, salvare etc. Faza iniial IOC a fost declarat n iunie 2005, iar faza final FOC este ateptat pentru anul 2010. Conform European Space Agency (2005), segmentul terestru cuprinde un numr de 34 de staii minitoare RIMS (Reference and Integrity Minitoring Stations), fiecare satelit GNSS fiind

observat din mai multe staii. Patru staii de control principale proceseaz datele GNSS transmise de ctre staiile RIMS, pentru generarea coreciilor difereniale i mesajului de integritate pentru fiecare satelit n parte. Pentru fiecare satelit EGNOS, exist dou staii NLES (Navigation Land Earth Station), care au rolul de a transmite mesajele de navigaie ctre satelii. Segmentul spaial este compus din trei satelii geostaionari : doi satelii INMARSAT-3 (AOR-E i IOR) i un satelit ESA ARTEMIS. Utilizatorii EGNOS vor putea sa recpeioneze mesaje de la cel puin 2 satelii. Pentru a se asigura accesibilitatea la semnalul EGNOSS i n ariile problematice (zone urbane), s-au recurs la implementarea tehnologiei SISNeT (Signal-In-Space through Internet). Acest tehnologie permite ca semnalele emise de sistemul de navigaie s fie disponibile n timp real, prin intermediul internetului (European Space Agency,2001). Astfel dac un utilizator are acces la internet (GSM,GPRS,CDMA), aceasta poate accesa i semnalele EGNOS, indiferent de condiiile de vizibilitate. ntre timp tehnologia SISNet a fost implementat ntr-un serviciu comercial de distribuie de date, cunoscut sub numele de EDAS (EGNOS Data Access System). Pe lang coreciile difereniale serviciul ofer de exemplu accesul i la msurtorile RIMS, prin diferite canale de comunicare (Toran,2008). EGNOS este destinat pentru a acoperi necesitile europene dar interoperabilitatea cu alte sisteme SBAS confer serviciului un caracter global.Comisia European NOS, odat cu deschiderea serviciului OS liber accesibil pentru toi utilizatorii. 1.2.3 MSAS Multi-functional Satellite Augmentaion (MSAS) reprezint sistemul complementar de mbuntire al GPS dezvoltat de ctre Japonia pentru a servi n special navigaia aerian. Conform Manabe (2008), MSAS este compus din doi satelii geostaionari MTSAT (Multifunctional Transport SATellite), primul lansat la 26 februarie 2005, iar cel de-al doilea la 18 februarie 2006. Segmentul de control cuprinde patru staii monitor, dou staii de control principale i alte dou staii de monitorizare i msurare, situate n afara Japoniei, n Hawaii i Australia (Canberra).MSAS a atins faza final FOC, la 27 septembrie 2007. 1.2.4 GAGAN GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN) este un proiect regional dezvoltat de Organizaia de cercetare spaial a Indiei n colaborare cu Airports Augmenthority of India. Principalul rol al sistemului este de a asigura asisten n toate fazele de zbor, pentru spaiul aerian indian i zonele limitrofe. Conform Kibe (2008), segmentul de control va fi compus din opt staii de referin, un centru de control principal i o staie de transmisie cu antene la sol.

Segmentul spaial va include 3 satelii geostaionari care vor emite n benzile de frecven L1 i L5. n faza sa final, GAGAN va asigura compatibilitatea cu sistemele WASS, EGNOS sau MSAS i va deveni parte integrant a IRNSS. 1.2.5 SDCM Agenia Spaial Rus a lansat un proiect de implementare a unui sistem de corecii difereniale i monitorizare (SDCM), ca versiune a Rusiei pentru sistemele WAAS i EGNOS. SDCM este destinat monitorizrii att a sateliilor GLONASS, ct i GPS, oferind corecii difereniale i analize de performan pentru sitemul GLONASS. Conform Averin (2006), sistemul va fi operaional n 2011. Acest sistem va fi constituit din 19 staii monitoare, toate situate pe teritoriul Rusiei, care vor colecta observaii GNSS cu o frecven de 1 Hz. Observaiile vor fi apoi transmise ctre un centru de procesare, pentru determinarea informaiilor de mbuntire. n prima faz, coreciile difereniale vor fi transmise ctre utilizator prin intermediul internetului sau reelelor de telefonie. O opiune ulterioar, este de a transmite informaia de integritate, mpreun cu efemeridele sateliilor i coreciile ceasurilor satelitare, prin intermediul unei a treia frecven GLONASS G3. n faza final, toate informaiile de mbuntire vor fi transmise ctre doi satelii geostaionari. Conform Gibbons (2009b), cei doi satelii urmeaz a fi lansai n 2010 i 2011.Precizia anticipat va fi de aproximativ 0.5 m.Un serviciu de nalt precizie (0.02-0.5 m) va fi, de asemenea, disponibil cu sprijinul unei reele de staii terestre (Dvorkin i Karutin,2006).

Fig 1.7 Sisteme de corecii difereniale i monitorizare SDCM

BIBLIOGRAFIE (Selectiv)

1. GRECEA C Introducere n geodezia satelitar, Editura Mirton, Timioara 1999 2. NEUNER J. Sisteme de poziionare global, Matrix Rom, Bucureti, 20003. From Definition To Development - and Beyond - Galileo's World July 1, 2001

(www.galileosworld.com) 4. LACHAPELLE G., CANNON E., OKEEFE K. - How Will Galileo Improve Positioning Performance?, GPS World, September 1, 2002 (www.gpsworld.com) 5. Galileo Progress New Alliances, Galileo's World November 2, 2003

(www.galileosworld.com) 6. GIBBONS G. Welcome Progress in GNSS Talks, GPS World, February 1, 2004 (www.gpsworld.com)7. Task Force Proposes Radionavigation Investment Plan, GPS World,

February 26, 2004

(www.gpsworld.com) 8. GIBBONS G. Looking for the Next Best Thing, May 1, 2004, GPS World (www.gpsworld.com) 9. Colectiv Msurtori Terestre i Cadastru Complemente de Msurtori Terestre, Editura Politehnica din Timioara, ediie revizuit 2009 10. C. ANDREI Tehnica satelitar poziionare punctual precis, Editura Tehnopress, Iai 2010 11. Web Mission Planning service September 24, 2011 (http://asp.ashtech.com/wmp/) 12. Colectiv Msurtori Terestre- Cadastru Msurtori Terestre- Concepte Volumul III, Editura Politehnica Timioara 2012

Recommended

View more >