CC BY
32
8 RAZVOJ GLOBALNIH SATELITSKIH 5 NAVIGACIONIH SISTEMA
oo
CN
LO
ю Kapetan sc Slobodan Radojević,
g [email protected], Vojna akademija, о kapetan fregate mr Jovica Ćurčić,
3 [email protected], Komanda Rečne flotile
Rezime:
U radu se analiziraju načini poboljšanja karakteristika globalnih satelit-skih navigacionih sistema kako bi zadovoljili strože sigurnosne zahteve. Tako-đe, dat je osvrt na postojeće globalne satelitske navigacione sisteme. Bliža budućnost postojećih globalnih satelitskih navigacionih sistema jeste u među-sobnoj integraciji, a dalja u integraciji i sa ostalim senzorima za prikupljanje svih vrsta podataka koji služe kreiranju informacija potrebnih za bilo koji aspekt ljudskog života. Prikazana je procena i očekivanje porasta broja kori-snika globalnih satelitskih navigacionih sistema u budućnosti, u različitim sfe-rama ljudskog života, koja dovoljno govori o njihovoj važnosti i širokoj primeni. Ključne reči: globalni satelitski navigacioni sistemi, sigurnost.
DEVELOPMENTS OF GLOBAL NAVIGACION SATELLITE SYSTEMS Summary:
The article analyses the methods to improve the characteristics of the global navigation satellite systems so as to comply with more stringent safety demands. Existing global navigation satellite systems have also been discussed. Near future of existing global navigation satellite systems can be observed in the mutual integration and further in the integration with other sensors used for collecting all kinds of data serving in the creation of information necessary for any aspect of human life. At the end there is also an assessment given as well as the expectations that the number of users of global navigation satellite systems will rise in the future in various fields of human life, which says more than enough about how important and how broadly applied they are. Key words: global navigation satellite systems, safety.
Uvod
Osnovna specifičnost gotovo svakog satelitskog radio-navigacionog sistema je dvoetapni rad. U prvoj etapi, po podacima trajektornih merenja koja se izvode u fiksiranim trenucima, određuju se početni parametri orbite
111
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
navigacionog satelita i prognozira se njegovo kretanje, tj. proračunavaju se njegovi tekući efemeridi (koordinate i komponente vektora brzine satelita). U drugoj etapi određuju se pozicija i vektor brzine letelice, broda (korisni-ka) u njegovom računaru na osnovu izmerenih navigacionih parametara i efemeridne informacije izdvojene iz signala dobijenog sa satelita [1].
Prihvatanje satelitskih navigacionih sistema u vazduhoplovstvu i po-morstvu zavisi od strogih sigurnosnih aspekata i mora da zadovolji više zahteva. To su:
1) tačnost - mogućnost sistema da osigura zadovoljavajuću naviga-cionu tačnost za pojedine faze leta ili plovidbe;
2) celovitost - garancija da sve funkcije sistema rade unutar opera-tivnih granica tolerancije uz mogućnost detekcije anomalija signala koje bi mogle da izazovu navigacione greške veće od propisanih;
3) dostupnost - svojstvo sistema da je upotrebljiv unutar područja pokrivanja i da je navigacioni signal dostupan korisniku i
4) kontinuitet - mogućnost sistema da osigura funkcionalnost bez
prekida u radu, kao i da sistem funkcioniše sve vreme trajanja neke ope-racije [2]. 1
Postojeći satelitski navigacioni sistemi, američki GPS1 i ruski GLONASS,2 ne zadovoljavaju sve zahteve u fazama leta i plovidbe, pogotovo ne za precizni prilaz pri sletanju i za približavanje obali. Podaci o poziciji dobije-ni satelitskim navigacionim sistemom mogu poslužiti u vazduhoplovstvu tek nakon što se uporede sa drugim proverenim navigacionim sistemom.
Sistem globalnog pozicioniranja bio je zamišljen kao globalno dostupan satelitski navigacioni sistem prvenstveno za vojne, a tek zatim i za civilne korisnike. Za ispravan rad celokupnog sistema važno je da sateliti emituju tačne podatke na osnovu kojih prijemnici izračunavaju poziciju. Satelitski navigacioni sistemi ne omogućavaju civilnim korisnicima dovo-ljan uvid u stanje ispravnosti satelita [3].
Integritet sistema podrazumeva garanciju da sve njegove funkcije rade u operativnim granicama tolerancije. Ako dođe do kvara na predajniku satelita, satelit neće emitovati signale i neće moći da utiče na greške pozicioniranja. Međutim, ako satelit šalje signale, ali je došlo do nepravilnosti u radu zbog kojih šalje netačne podatke, to rezultuje greškom pozicioniranja ve-ćom od dopuštene. Grešku registruje zemaljski kontrolni segment sistema i satelitu šalje korekciju, u čijoj je navigacijskoj poruci sadržan podatak o sta-nju satelita koji može biti emitovan sa velikim kašnjenjem s obzirom na kon-
1 GPS (Global Positioning System) - Sistem globalnog pozicioniranja je jedan od satelitskih navigacijskih sistema za vrlo tačno i stalno određivanje pozicije, u vlasništvu i pod nadzorom Ministarstva obrane SAD. Pokrenut je sedamdesetih godina prošlog veka.
2 GLONASS (ruski: ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система ili engleski: Global Navigation Satellite System), doslovno: „globalni navigacijski satelitski sistem“) je satelitski navigacijski sistem koji je započeo SSSR 1976. godine. Po raspadu Sovjetskog Saveza Rusija je preuzela projekat i on se trenutno nalazi u nadležnosti ruskih svemirskih snaga.
cepciju slanja korekcijskih podataka kontrolne stanice prema satelitima. U pomorstvu i vazduhoplovstvu i ovakvo kašnjenje može imati velike posledi-ce u pogledu sigurnosti. Radi toga sistem bez dodatnih dogradnji ne može biti prihvaćen kao jedini navigacijski sistem koji zadovoljava sve zahteve.
Problem integriteta sistema treba razmotriti naročito u situacijama pri-bližavanja obali ili aerodromu, kad bi se upozorenje o otkazu sistema ili ne-preciznosti trebalo, zbog sigurnosti, javiti za manje od 6 sekundi od na-stanka kvara. Postoje razne varijante nadzora, kontrole i dojave celovitosti, što utiče na prihvaćenost tehnologije nadgradnje navigacionih sistema.
Dostupnost sistema na poziciji korisnika može se definisati kao po-stotak vremena u kojem je usluga pozicioniranja iskoristiva u definisanom periodu. Kontinuitet sistema definiše se kao verovatnoća da je usluga pozicioniranja podržana za sve vreme otkad je korisnik započeo neku ope-raciju do njenog kraja bez prekida.
Diferencijalni GPS
Kako postojeći satelitski navigacioni sistemi ne zadovoljavaju zahteve tačnosti u fazama leta i plovidbe potrebno je poboljšati njihovu tačnost. Vi-soka tačnost pozicije neophodna je pri plovljenju kroz kanale, navigaciono teška područja i u prilazima lukama. U tim slučajevima tačnost mora biti znatno veća od zahtevane tačnosti pozicije broda na otvorenom moru.
Veća tačnost određivanja pozicije korisnika može se dobiti merenjem sa višekanalnim GPS prijemnikom, dužim vremenom opažanja i naknad-nom obradom dobijenih podataka, simultanim opažanjem sa više prijemni-ka, a takođe i diferencijalnim globalnim pozicionim sistemom (DGPS) [1].
Diferencijalni režim rada realizuje se pomoću kontrolnih primopredajnih stanica, čiji su osnovni elementi: prijemnik radio-navigacionih signala GPS, koji radi sa topografski privezanom antenom; računar koji određuje koordi-nate prijemne stanice na osnovu primljenih radio-navigacionih signala i izra-čunava diferencijalne popravke navigacionih parametara upoređenjem izra-čunatih koordinata sa poznatim koordinatama kontrolne stanice; i predajnik pomoću kojeg se te popravke prenose na letelicu ili brod (korisniku).
Postoje diferencijalni radio-navigacioni sistemi sa različitim korekcijama: - radio-navigacioni sistem sa korekcijom pozicije. Na kontrolnoj sta-nici periodično se mere diferencijalne popravke pozicije trodimenzionalne tačke u geocentričnom pravouglom (Ax, Ay, Az) ili sfernom (Аф, АЛ, Ah) koordinatnom sistemu, koje se zatim predaju korisnicima sistema. Za re-alizaciju ove varijante potrebno je da kontrolna stanica i svi korisnici koji se nalaze u zoni njenog opsluživanja koriste jedan isti radni set navigacionih satelita. Pri narušavanju ovog uslova brzo nastaje poremećaj, a ne kompenzacija sistemske greške određivanja pozicije korisnika;
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
- radio-navigacioni sistem sa korekcijom pseudodaljine. Ovaj sistem ne zahteva da korisnici koriste isti set navigacionih satelita koji koristi kontrolna stanica. Korisnici dobijaju diferencijalne popravke o pseudoda-ljini za sve vidljive navigacione satelite sa kontrolne stanice. Greške određivanja pozicije u ovoj varijanti nastaju zato što kontrolna stanica i korisnici za navigacione parametre koriste efemeridnu informaciju, formi-ranu u različitim trenucima. Pri tome se promene promenljivih kompone-nata efemeridne informacije uračunavaju samo na kontrolnoj stanici, jer jeftini prijemnici tipa Z, zbog odsustva posebnog informacionog kanala, ne mogu da obnavljaju ovu informaciju posle njenog regularnog uvođenja u toku 30 do 40 minuta;
- radio-navigacioni sistemi sa vremenskom korekcijom. Dok prve dve varijante predstavljaju sisteme dalje navigacije sa lokalnom korekcijom, dotle se u ovom navigacionom sistemu realizuje sistem relevantne (bliže) navigacije, jer korisnici određuju svoju poziciju u odnosu na kon-trolnu stanicu, a ne na satelite. To omogućava da se uprosti šema pri-jemnika korisnika i smanji broj korigovanih parametara radi dobijanja tač-ne pozicije.
Dakle, standardna metoda poboljšanja tačnosti jeste postavljanje kontrolnih stanica na tačno poznatim pozicijama, koje izračunavaju ko-rekcijske veličine za tačnije pozicioniranje i šalju ih korisnicima preko ra-dio-veza.
Sistem radi sa pomoćnom zemaljskom stanicom za nadzor na tačno poznatoj poziciji. Nadzorna stanica prima signale svih vidljivih satelita, iz-računava greške i preko radio-veze emituje podatke o veličini grešaka i potrebne korekcije. Ovakvim korekcijama u krugu od nekoliko stotina ki-lometara od nadzorne stanice može se postići tačnost do 2 m (tabela 1). Korisnik mora posedovati prijemnik za poruke sa DGPS i program za ob-radu korekcijskih podataka. Zemaljska stanica služi kao „dodatni satelit" i daje dodatni podatak sa vrlo tačnom pozicijom.
Tabela 1
Izvori grešaka GPS, poboljšanje tačnosti sa DGPS [2]
Komponenta greške, tipično (po satelitu) Standardni GPS (m) Diferencijalni GPS (m)
Vreme u satelitu 1,5 0,0
Greške orbite 2,5 0,0
Jonosfera 5,0 0,4
Troposfera 0,5 0,2
Šum u prijemniku 0,3 0,3
Višestruka refleksija 0,6 0,6
Ukupno 10,4 1,5
114
Prisutne su i modifikacije ovog načina otklanjanja grešaka. Moguće je sačuvati merenja u baznoj stanici i merenja u prijemniku i kasnije pristupiti proračunu gde je prijemnik bio (mapiranje). Obrnut proces (Inverted) dife-rencijalnog sistema koristi se kada se iz baze želi nadzirati veliki broj pri-jemnika (npr. javni prevoz). Kako se ne bi u svako vozilo ugrađivao prijemnik koji podržava DGPS ulaz, u vozilu se mere samo pseudoudaljenosti koje se radio-vezom prosleđuju bazi, gde se proračunava i korekcija [2].
U Americi radi DGPS služba koju kontroliše Obalska straža SAD (U. S. Coast Guard). Za emitovanje diferencijalnih korekcija koristi se fre-kvencijama postojećih srednjih talasa odašiljača obalnih radio-farova (285-325 KHz). Domet ovih predajnika je oko 500 km. Sistem je name-njen prvenstveno za pomorsku navigaciju u priobalnim područjima. Na kopnu se mogu vrlo uspešno koristiti mreže postojećih ultrakratkotalasnih (UKT) predajnika za emitovanje diferencijalnih korekcija. Osim vrlo dobre pokrivenosti, velika prednost upotrebe UKT predajnika je i mogućnost ko-rišćenja jednostavnim prijemnicima. Gotovo svi evropski predajnici već emituju, uz normalne radio-programe, i digitalne podatke preko RDS sistema (Radio Data Service - radio-digitalni podaci). RDS omogućava automatsku identifikaciju, izbor vrste programa i druga obaveštenja, kao i prenos dodatnih informacija. Primena UKT predajnika za prenos diferencijalnih korekcija može biti problematična samo za vazduhoplove na ve-ćim visinama, jer odašiljači imaju usmerenu karakteristiku antena orijenti-sanu, uglavnom, na niže elevacije [4].
U novije vreme diferencijalne korekcije mogu se slati korisnicima i in-ternetom. Ovakvi sistemi sa korekcijama merenja pseudoudaljenosti na lokalnom nivou nazivaju se LADGPS (Local Area DGPS - sistem sa dife-rencijalnim korekcijama na lokalnom nivou), a navigacijske greške posta-ju sve nepreciznije povećanjem udaljenosti od kontrolne stanice. Ukoliko se diferencijalne korekcije prenose nekom bežičnom tehnologijom (npr. GSM), sistem se naziva WAGPS (Wireless Assisted GPS - bežično po-držani GPS).
Smanjenje tačnosti zbog prostorne dekorelacije može se popraviti po-moću sofisticiranih tehnika WADGPS sistema (Wide Area DGPS - veliko područje pokrivenosti DGPS). Prednosti diferencijalnog sistema su pove-ćana tačnost pozicioniranja od 2 do 3 m na prostoru do 1000 km udaljenosti od kontrolne stanice. Na manjim udaljenostima, do 50 km, može se po-stići tačnost od 1 do 2 m. Kako diferencijalni sistem kontinuirano kontroliše sve parametre sistema, svaka degradacija njegovog rada registruje se i trenutno signalizira korisnicima. Reakcija DGPS je mnogo brža nego što kontrolni segment sistema signalizira nepravilnost u radu satelita unutar navigacione poruke i time omogućava eliminaciju podataka tog satelita. Zato diferencijalni sistem ima vrlo dobru kontrolu integriteta sistema, što je vrlo važan činilac za sigurnost pri upotrebi sistema u vazduhoplovstvu [5].
115
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
Kvalitet korekcijskih parametara zavisi od kvaliteta bazne stanice, a preostali izvori grešaka koji su neotklonjivi ovom metodom jesu šum pri-jemnika i greška zbog višestrukog puta signala. Što je prijemnik dalje od bazne stanice, diferencijalna korekcija postaje netačnija. Greške su u gra-nicama dozvoljenih, sve do udaljenosti od 250 km, ali su korekcije obično ograničene dometom odašiljača tih korekcija na oko 170 km LADGPS (Local DGPS - lokalni DGPS). Za veća područja pokrivenosti izgrađuju se mreže baznih stanica tako da prijemnik bira korekcije iz bliže stanice WADGPS. Starost LADGPS korekcije koja dođe do prijemnika manja je od 5 sekundi, što ne utiče na njenu valjanost, a ukoliko prijemnik prestane do-bijati WADGPS korekcije, koristi poslednju koju je primio još oko 2 minuta. Osim popravke položaja, važan zadatak DGPS je poboljšavanje pouzda-nosti merenja radi brže dojave mogućeg kvara satelita. Sistemi WADGPS ostvaruju nešto manju tačnost (oko 3 m na području gde su korekcije valja-ne) za razliku od sistema LADGPS (do 1,5 m oko referentne stanice), jer WADGPS ne pokriva uticaj troposfere na kašnjenje signala.
Poboljšanja satelitskih navigacionih sistema
Jedan od mogućih načina poboljšanja i dopune satelitskih navigacionih sistema koristi se geostacionarnim satelitima INMARSAT.3 Inmarsa-tovi sateliti omogućavaju uvođenje diferencijalnih usluga satelitskih navigacionih sistema za široko područje upotrebe. Geostacionarna satelitska dopuna GPS i GLONASS za civilnu navigaciju uvedena je kako bi kori-snici dobili dodatne podatke koji omogućavaju postizanje strogih zahteva pouzdanosti i celovitosti informacija i navigacionih podataka. Dodatni na-vigacioni signali generišu se u zemaljskim stanicama i emituju uzlaznom (uplink) vezom do satelita Inmarsat-3 koji imaju repetitorske kanale za re-emitovanje navigacionih signala korisnicima. Takva dopuna omogućuje sledeće usluge:
- emitovanje informacija o celovitosti i ispravnosti svakog GPS i GLONASS satelita u realnom vremenu;
- emitovanje dodatnih navigacionih signala radi povećanja dostup-nosti GPS signala, što rezultuje povećanjem RAIM4 dostupnosti, i
- emitovanje diferencijalnih korekcija na širokom prostoru za GPS i GLONASS korisnike, kako bi se povećala tačnost signala civilnih korisnika.
Kombinacija ovih usluga čini WAAS sistem (Wide Area Augmentation System - široko područje augmentacije) [4] i [5].
3 INMARSAT - sateliti koji se nalaze u geostacionarnoj orbiti na udaljenosti od 35700 km, čime je osigurano vreme obilaska od 24 časa, odnosno zbog čega se za nepokretnog posmatrača položaj satelita na nebeskom svodu ne menja tokom vremena.
4 RAIM - Receiver Autonomous Integrity Monitoring - tehnika za procenu tačnosti signala u prijemniku.
Sistem WAAS
Radi povećanja tačnosti satelitskih navigacionih sistema GPS i GLONASS za civilne korisnike pri radu na velikim prostranstvima, danas se razvija nekoliko satelitskih sistema za povećanje mogućnosti sredsta-va satelitske navigacije (SBAS - Satellite Based Augmentation System), kao što su:
- evropski globalni geocentrični navigacioni sistem (EGNOS), name-njen za prekrivanje zone određen Evropskom konferencijom civilnog va-zduhoplovstva (ECAC);
- američki sistem WAAS, koji bi pokrivao kontinentalni deo SAD;
- japanski sistem MSAS, koji bi pokrivao japanska ostrva.
Sistemi SBAS pomoću satelita šalju korekcijske podatke i podatke o integritetu satelitskih sistema GPS i GLONASS. Svrha ovih sistema jeste da povećaju tačnost i pouzdanost određivanja pozicije. Sistem WAAS razvijen je u SAD i pokriva ceo kontinent Severne Amerike [4] i [5]. Navigacioni signali GPS i GLONASS primaju se na referentnim stanicama (integrity monitoring) raspoređenima na širokom prostoru SAD. Primljeni podaci šalju se mrežama do regionalnog centra za obradu, gde se obra-đuju podaci o celovitosti, diferencijalnim korekcijama i jonosferskim vred-nostima za svaki pojedini satelit. Načelo rada WAAS sistema prikazano je na slikama 1 i 2 (obrada autora na osnovu [5]).
INMARSAT sateliti GPS i GLONASS
Slika 1 - Sistem WAAS
Kako su geostacionarni Inmarsat sateliti sastavni deo sistema, i za njih je potrebno obraditi precizne orbitalne informacije. Integrisana korek-cijska poruka prosleđuje se do navigacione zemaljske stanice. U naviga-
117
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
cionoj stanici signal proširenog spektra se precizno sinhronizuje sa refe-rentnim vremenom i moduliše sa podacima o integritetu i ispravnosti si-stema, kao i diferencijalnim isporavkama.
Slika 2 - Sistem WAAS u SAD
Taj signal emituje se prema geostacionarnom satelitu na uzlaznoj frekvenciji (uplink) u C-pojasu. Na Inmarsat satelitu navigacioni signal se frekvencijski transponira i emituje korisnicima na frekvenciji L^1575,42 MHz i do navigacionih zemaljskih stanica u C-pojasu. Ovaj signal u C-pojasu služi za vrlo precizno vremensko usklađivanje takt-signala u zatvore-noj petlji povratne veze, kako bi se signal mogao tretirati kao da je gene-risan na satelitu za određivanje udaljenosti.
Signal WAAS je tako koncipiran da su za postizanje kompatibilno-sti potrebne minimalne modifikacije sklopova GPS prijemnika. Kao nosi-lac koristi se samo frekvencija L1 i modulacioni postupci kao u GPS, uključujući C/A pseudoslučajni PRN kod (Pseudo Random Noise). Faza ko-da sinhronizovana je sa GPS vremenom, kako bi se imitirao satelit sa mogućnošću određivanja udaljenosti.
Brzina podataka i format modulacionih podataka superponiranih na nosilac proširenog spektra drugačiji su nego u GPS signalu. U signalu su mnogobrojne poruke koje generiše WAAS operater i namenjene su kompatibilnim GPS prijemnicima za informisanje o funkcionisanju satelit-
skog navigacionog sistema. Poruke sadrže i informacije o korekcijama jo-nosferskog kašnjenja koje se koriste za poboljšanje preciznosti i tačnosti pozicioniranja. Simboli poruke prenose se brzinom od 500 simbola u se-kundi [4] i [5].
Da bi se koristile prednosti WAAS sistema bilo gde na Zemlji, pot-puno kompatibilni kontrolni sistemi morali bi biti postavljeni i izvan SAD, širom sveta. U Evropi se razvija verzija WAAS sistema pod nazivom EG-NOS (European Geostationary Navigation Overlay Service - Evropski geostacionarni navigacijski servis).
Evropski geostacionarni navigacioni servis - EGNOS
Sistem EGNOS je zajednički projekat Evropske unije, Evropske agencije za svemirska istraživanja5 (ESA) i Evropske organizacije za si-gurnost vazduhoplovne navigacije EUROCONTROL. Planovi razvoja sistema za globalnu navigaciju predviđaju razvoj u nekoliko faza [3]. U pr-voj fazi koristila bi se infrastruktura GPS i GLONASS sistema uz nezavi-san sistem za kontrolu i praćenje. Kontrolni sistem bi se sastojao od glav-ne kontrolne stanice, nekoliko kontrolnih stanica za praćenje celovitosti sistema raspoređenih na Islandu, u severnoj Skandinaviji, u istočnom Mediteranu i Kanarskim ostrvima, i navigacijskih zemaljskih stanica uz geostacionarne satelite s navigacionim predajnicima koji treba da osigu-raju dodatno merenje pseudoudaljenosti. Sistem treba da osigura WADGPS uslugu za ceo evropski kontinent u realnom vremenu. Rad sistema je vrlo sličan WAAS sistemu u Americi [3]. Za razliku od WAAS, EGNOS je planiran da daje i diferencijalne korekcije za GLONASS i za Galileo sistem.
Podaci i formati podataka bili bi identični. Problemi rada sistema mo-gu se pojaviti u severnijim delovima kontinenta, gde su geostacionarni sateliti nisko iznad horizonta sa vrlo malom elevacijom, pa prijem signala može biti problematičan. Na geografskim širinama iznad 80° elevacije geostacionarnih satelita su ispod horizonta. Da bi se izbegao problem za-klonjenosti geostacionarnih satelita koji emituju EGNOS signale, od fe-bruara 2002. godine ESA nudi mogućnost pristupa EGNOS signalima i preko interneta korišćenjem SISNeT tehnologije.6 Tako svaki korisnik preko interneta može pristupiti EGNOS sistemu potpuno nezavisno od signala geostacionarnih satelita [3]. Signali sa geostacionarnih satelita su
5 Evropska svemirska agencija ili Evropska agencija za svemirska istraživanja (ESA)
(engl. European Space Agency) osnovana je 1975. godine kao međuvladina organizacija po-svećena istraživanju svemira sa trenutno l6 država članica. Sedište ESA je u Parizu, Francu-ska. ESA ima 1900 zaposlenih (ne računajući podizvođače i nacionalne svemirske agencije).
6 SISNeT - Signal In Space over Internet - pristup satelitskim signalima preko interneta.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
vidljivi avionima i brodovima, dok je u gradskim sredinama čest problem gubitak korekcijskog signala zbog zaklanjanja malog broja stacionarnih satelita raznim preprekama. Zbog toga je eSa razvila SiSNeT koji kori-snicima spojenim na internet omogućuje pristup EGNOS signalu. Pristup korekcijama za sada je besplatan (uz autorizaciju koju je moguće zatraži-ti na SISNeT@esa. int uz opis za šta se traži, za koju IP adresu i koji port). Osim autorizacije na SiSNeT server, potreban je i SIS2DS klijent (protokol izgrađen na bazi TCP/IP, a optimizovan za prenos EGNOS po-ruka). Poruke je potrebno raspakovati, a nakon toga sledi i aplikacija koja će ih koristiti uzimajući od GPS prijemnika samo izmerene pseudoudalje-nosti. Gotovo rešenje za sada nije dostupno, a detaljna uputstva za izra-du pojedinih komponenata, kao i primeri koda i potrebnih specifikacija, mogu se naći u User Interface Documentu. Do sada je provedeno tek ne-koliko demonstracija ove tehnologije i to koristeći gSm modem za bežič-ni prenos korekcija, PDA za računanje položaja i običan GPS prijemnik za merenje pseudoudaljenosti.
Prednosti EGNOS sistema su:
- emitovanje signala geostacionarnog satelita pokriva veliku teri-toriju;
- kombinacija sistema EGNOS i WAAS može osigurati gotovo globalnu pokrivenost, i
- prate se greške jonosferskog kašnjenja, efemerida satelita i greške u vremenu.
Nedostaci EGNOS sistema su:
- velika i skupa infrastruktura mreže na Zemlji;
- problematična vidljivost geostacionarnih satelita na velikim geo-grafskim širinama i u polarnim krajevima;
- slaba vidljivost satelita u urbanim, planinskim krajevima i šumama, i
- geostacionarni sateliti emituju slične signale kao i navigacioni sateliti, pa su podložni istim smetnjama i otkazima.
Gruba procena tačnosti merenja različitim tehnikama prikazana je u tabeli 2.
Tabela 2
Gruba procena tačnosti merenja različitim tehnikama [2]
Metoda merenja Procena tačnosti (m)
Običan prijemnik, SPS 20
WAAS 3
EGNOS 1-2
Beacon DGPS 1-3
LADGPS 1
<s>
Budući da su sistemi GPS i GLONASS pod vojnim nadzorom, druga faza evropskog sistema za globalnu navigaciju trebalo bi da osigura ne-zavisnost od GPS i GLONASS sistema, lansiranjem vlastitih navigacionih satelita. Taj projekt se naziva „Galileo". Lansiranje prvih satelita sistema Galileo počelo je decembra 2005. godine, a sistem je u 2008. godini po-čeo da funkcioniše. Galileo treba da osigura Evropi potpunu nezavisnost na polju upravljanja transportom i donese brojne ekonomske koristi evropskim proizvođačima i industriji otvaranjem novih radnih mesta. Ta-kođe, trebalo bi da pruži poboljšane usluge pozicioniranja sa boljom ras-položivošću i dostupnošću sistema. U fazi definisanja određena su dva zahteva za tačnošću sistema, a to su da bude: a) prilagođen masovnoj primeni i b) prilagođen potrebama povećane sigurnosti.
Prednosti sistema Galileo nad ostalim sistemima jesu:
- osmišljen je kao civilni sistem, a ujedno sa svim potrebnim mera-ma zaštite;
- nudi mnoge usluge vezane za poslovni svet sa odgovarajućom po-uzdanošću podataka;
- tehnološki je osmišljen kao i GPS, i omogućuje dobijanje jednake, ako ne i veće tačnosti zahvaljujući odabranoj konstelaciji satelita i zemalj-skih kontrolnih stanica;
- vrlo je važna činjenica da će se moći videti i na područjima velikih geografskih širina, u urbanim sredinama i zatvorenim prostorima, jer di-zajn i konstrukcija signala to omogućuje;
- lokalni element preusmerava signal na manje dostupna područja;
- način na koji Galileo nadopunjuje GPS vrlo je koristan, jer predsta-vlja Evropu kao ravnopravnog partnera SAD;
- projekat je finansiran iz mnogih privatnih izvora;
- Galileo je kreiran tako da će prijemnik moći da se koristiti u svrhu pozicioniranja ili u kombinaciji sa komunikacijskim sredstvima kao što su GSM, GPRS i UMTS;
- predstavlja pravu javnu, odnosno civilnu službu i kao takav garan-tuje kontinuitet za određene aplikacije, za razliku od GPS signala koji su u poslednjih nekoliko godina povremeno bili nedostupni iz planiranih ili neplaniranih razloga, i
- kao korak dalje, Galileo će posedovati i funkciju pretrage i spasa-vanja (SAR, Search and Rescue-traganje i spasavanje) koja se zasniva na postojećem sistemu COSPAS-SARSAT (međunarodni satelitski si-stem namenjen traganju i spasavanju). Za razliku od COSPAS-SARSAT koji ne obezbedjuje povratnu spregu ka korisniku, Galileo će emitovati poruku ka korisniku kojom će ga obavestiti da je njegova situacija detek-tovana i da je pomoć na putu.
121
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
Sistem EUROFIX
Jedna od mogućnosti dopune satelitskih navigacionih sistema je kom-binovanje sa zemaljskim navigacionim sistemima, što omogućuje da se korisnicima poboljša pouzdanost i dostupnost usluga pozicioniranja. Sve primene sa strogim sigurnosnim zahtevima mogle bi da se zasnivaju na satelitskom navigacionom sistemu GPS ili GLONASS i hiperbolnom navi-gacionom sistemu kao zemaljskoj komponenti. Čak i budući evropski pro-jekat satelitskog navigacionog sistema Galileo neće moći da zadovolji sve sigurnosne zahteve, pogotovo u područjima gde je signal sa satelita zaklo-njen preprekama (drveće, zgrade, planine i sl.), pa će morati da se kombi-nuje sa komplementarnim navigacionim sistemima. Sistem Loran-C pred-stavlja najpovoljnije rešenje za kombinovanje sa satelitskim navigacionim sistemima [6]. Karakteristika rasprostiranja signala Loran-C na frekvenciji 100 MHz potpuno je drugačija od satelitskih navigacionih signala, a pouzdanost sistema je vrlo dobra zbog kontrole celovitosti Loran lanaca.
Oba sistema (GPS i Loran-C) mogu se kombinovati zajedno radi po-boljšanja dostupnosti i pouzdanosti, ali takva zajednička integracija neće neminovno voditi do bolje preciznosti pozicioniranja i celovitosti rada navigacionih sistema. Osnovna tačnost pozicioniranja Loran-C sistema ne može poboljšati SPS uslugu GPS sistema, ali kako infrastruktura već po-stoji, uz relativno mala ulaganja, postojeći Loran-C lanci mogli bi se prila-goditi za emitovanje diferencijalnih korekcija za DGPS. Kao osnovna do-puna sistema za poboljšanje tačnosti može poslužiti sistem Eurofix, koji kombinuje zemaljski i satelitski navigacioni sistem, tako da emituje dife-rencijalne korekcije za GPS/GLONASS sistem, koristeći se 100 kHz nosi-ocem Loran-C lanaca. Eurofix prijemnik spojen na GPS/GLONASS pri-jemnik dekodira signal diferencijalne korekcije, čime omogućuje poboljša-nu tačnost pozicioniranja [6].
Sistem je počeo sa radom 1997. godine u severnoj Nemačkoj, gde je Loran-C lanac Stylt prilagođen za emitovanje diferencijalnih korekcij-skih signala. Taj se signal emituje u području čiji je radijus od 1000 km oko Stylt odašiljača. Kontrolni Eurofix prijemnik bio je postavljen na Delft University, udaljen oko 400 km od odašiljača, kako bi se nadzirala emisi-ja Loran-C lanca i daljinski kontrolisali Eurofix podaci. Tačnost pozicioniranja ovakvog sistema bila je bolja od 3 m za 95% vremena.
Koristeći se postojećom infrastrukturom NELS sistema (Northwest European Loran-C System - zapadnoevropski Loran-C) DGPS uslugom može se sa vrlo velikom tačnošću i pouzdanošću pokriti veliki deo evrop-skog kontinenta. Četiri odašiljača severnoevropskih Loran-C lanaca emituju Eurofix podatke. Osim Eurofix referentne stanice, koja generiše diferencijalne korekcijske podatke, sistem se služi i stanicom koja neprestalno prati ce-lovitost rada navigacionog sistema. Ova konfiguracija pokriva područje od North Capa u Norveškoj do Pirinejskog poluostrva na jugu (slika 3).
Slika 3 - Pokrivenost NELS sistemom u Evropi [6]
Krajnji cilj je da Eurofix signal pokrije celu evropsku teritoriju, za šta se mogu iskoristiti postojeći Loran-C odašiljači u Italiji i Turskoj, i celokupna in-frastruktura ruskog sistema Čajka, koji je sličan Loran-C sistemu [6]. Time bi se postigla potpuna pokrivenost evropskog kontinenta Eurofix signalom.
Najveće poboljšanje pri integraciji Loran-C sistema i GPS može se po-stići Eurofix signalom i istovremeno kontinuiranom kalibracijom pozicije Lo-ran-C prijemnika pomoću tačnih DGPS pozicija. Za vreme kada satelitski navigacioni signali nisu dostupni zbog zaklonjenosti satelita ili smetnji, kali-brisani Loran prijemnik može dovoljno precizno utvrđivati poziciju korisnika zbog vrlo dobre ponovljivosti određivanja pozicije Loran-C sistema. To znat-no poboljšava kontinuitet rada integrisanog navigacionog sistema [6].
Prednosti Eurofix sistema:
- nije potrebna posebna mreža između Eurofix stanica;
- niski troškovi s obzirom na postojeću infrastrukturu;
- dobro rasprostiranje Loran-C signala i dostupnost u urbanim sredi-nama, šumama i planinama, i
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
- integrisani DGPS korekcioni podaci i informacija o celovitosti sate-litskog navigacionog sistema.
Nedostaci Eurofix sistema:
- nema globalnu pokrivenost, ne pokriva okeane, i
- nema odvojenog merenja grešaka vremena, grešaka efemerida satelita i jonosferskog kašnjenja.
Sistem MSAS
Multifunkcionalni satelitski augmentacioni sistem - MSAS (Multifunctional Transport Satellite Space-Based Augmentation System) jeste SBAS sistem razvijen za područje Japana. Osnovalo ga je Ministarstvo zemlje, infrastrukture i transporta Japana i Japanska meteorološka agen-cija. Sastoji se od multifunkcionalnih satelita MTSAT (Multi-Functional Transport Satellite satelita) koji predstavljaju seriju geostacionarnih satelita za kontrolu vazdušnog transporta i vremena. Upotreba sistema MSAS počela je krajem 2005. godine.
Očekivani razvoj
Ključni značaj sistema Galileo biće mogućnost da ponudi celovitost sistema koja je potrebna za osiguranje kvaliteta usluge i za podršku si-gurnosti. Planira se da sistem osigura celovitost za upozoravanje korisni-ka sa emitovanjem alarma sa satelita kada je satelitski signal izvan spe-cifikacija. Korisnički prijemnik tada može da odbaci signal sa satelita na koji se odnosi alarm i tako smanji uticaj na konačno izračunatu poziciju.
Radi pružanja tačnijih i pouzdanijih informacija korisnicima širom sveta Evropska unija i ESA pridaju veliku važnost komplementarnosti i ujedno interoperabilnoj vezi između dva sistema. Od 2004. godine usluge EGNOS su dostupne. Četiri godine kasnije, uključenjem Galilea u global-ni satelitski navigacioni sistem, njegova infrastruktura se udvostručila. Galileo sistem je u potpunosti kompatibilan sa postojećim GPS siste-mom. Poboljšanje kvaliteta usluga, povećanje broja potencijalnih korisni-ka i njihova primena biće ostvareni tako što će biti dostupne dve ili više konstelacija i više nego dvostruki broj satelita na nebu.
Integritet i servisne garancije verovatno su najvažnija poboljšanja koja sistem Galileo može omogućiti, naročito kada su u pitanju strateški aspekti i sigurnost. Postojanje dva satelitska navigaciona sistema jeste prednost za korisnike, jer će moći da koriste isti prijemnik za prijem GPS i Galileo signala.
Dodatan trošak za integrisanje oba sistema u GPS ili Galileo prijemnik je manji od 5% od ukupne cene, što predstavlja neznatan iznos u poređenju sa znatnim tehnološkim i tržišnim prednostima koje ovaj integrisani sistem nudi.
Galileo je osmišljen tako da korisnicima pruži prednosti oba sistema, što znači povećanje dostupnosti signala u urbanim područjima. U tako zahtevnim uslo-vima kombinacija Galileo i GPS rezultuje dostupnošću signala preko 95%.
Vrlo veliki potencijal za poboljšanje tačnosti i celovitosti navigacionih sistema jeste u hibridnim tehnologijama prijemnika, gde se kombinuju glo-balni satelitski navigacioni sistemi, Loran-C i Eurofix [6] i [7]. Strategija inte-grisanih prijemnika ima veliki značaj i važnost radi povećane pouzdanosti u osnovi različitih navigacionih sistema. Ovakva kombinacija primene satelit-ske i zemaljske navigacije prihvatljivija je od upotrebe dva ili više satelitskih navigacionih sistema koji imaju u osnovi iste nedostatke i ograničenja.
Očekivana šira primena GPS prijemnika, bilo kao samostalnih ure-đaja ili kao delova složenijih sistema, svakako poboljšava kvalitet života dela stanovništva koje ih koristi.
Takođe, očekuje se dalje širenje primene satelitskih navigacionih sistema u bežičnoj komunikaciji, GIS, višenamenskom digitalnom katastru, siste-mima baziranim na internet protokolu, kod LAN i WAN mreža, kod sistema za daljinska istraživanja, u gradiometriji, altimetriji, u kombinaciji sa inercijal-nim sistemima CCD kamerama, odometrima, drugim senzorima, itd. [8].
Istovremeno se otvaraju široke mogućnosti dodatnih aktivnosti, do-datnog razvoja i unapređenja sistema, kao i primene u području napred-nih tehnologija.
Zaključak
Razvoj i primena satelitskih navigacionih sistema dostigao je toliki stepen da zadire u sve sfere privrede i ekonomije razvijenih zemalja, postajući jedan od najvećih zamajaca njihovog razvoja. Ovi sistemi osiguraće veću sigurnost i efikasnost u svim vrstama transporta, omogućiće povećanje ekonomskog prosperiteta, napredak u industriji i opšte poboljšanje kvaliteta življenja. Ras-pon mogućih primena satelitskih navigacionih sistema je neizmerno širok.
Satelitska navigacija postaće zanimljiva inovacija u svim sferama ži-vota, istraživanja, organizaciji transporta, monitoringu struktura i različitih tipova automatizacije. Sistem će uveliko olakšati organizaciju vazdušnog, pomorskog, putnog i železničkog transporta. Kontrola transporta zahteva visoku tačnost određivanja položaja, pouzdanost i integritet te informaci-je. Ti zahtevi biće ostvarivi pomoću složenog sistema za pozicioniranje koji će se sastojati od kombinacije globalnog satelitskog navigacionog sistema sa drugim senzorima. Efikasnost, sigurnost, kontinuitet i pristupač-nost morskog transporta je od velike važnosti. Sistemi će se koristiti u svim fazama pomorske navigacije: na moru, kopnu, pri pristajanju i ma-nevrisanju brodova u luci u svim vremenskim uslovima. Takođe, predsta-vljaće temeljno oruđe pri uvođenju inovacija i u druge pomorske aktivnosti, kao što su okeanografija, istraživanja nalazišta nafte i gasa i ribolov.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3 / 09
Vazdušni transport je svakog dana sve gušći, a vazdušni prostor sve ma-nji, što predstavlja poteškoće pri upravljanju vazdušnim transportom. Po-moću sistema piloti i kontrolori leta moći će dovoljno tačno i pouzdano da odrede položaj vazduhoplova, što će omogućiti gušći i sigurniji vazdušni transport i jednostavnost pri sletanju i poletanju.
Globalni satelitski navigacioni sistemi omogućiće praćenje kretanja opasnih materija (radioaktivnog otpada, nafte i dr.) i unaprediće mnoge specijalizovane službe (spasilačke službe).
Iako se zemaljski hiperbolni navigacioni sistemi sa pojavom satelit-skih navigacionih sistema sve manje koriste, postoji potreba za dopunom satelitske navigacije zemaljskim navigacionim sistemima. Satelitska navi-gacija omogućila je veliki broj novih primena, ali su uočena i mnoga ogra-ničenja. Za primene u kojima se traži vrlo velika sigurnost, osnovni sate-litski navigacioni sistemi ne mogu zadovoljiti zahteve za tačnost i dostup-nost. Problem dostupnosti navigacionih signala pojavljuje se u urbanim sredinama kao rezultat zasenjenosti satelitskih signala raznovrsnim pre-prekama. Dodatni problem jeste da su satelitski sistemi pod vojnim nad-zorom, tako da zbog strateških razloga američka i ruska vojska mogu u bilo kojem trenutku onemogućiti korišćenje sistema.
U vazduhoplovstvu će sofisticirana primena satelitskih navigacionih sistema, zajedno sa inercijalnim sistemima i drugim elektronskim uređaji-ma, omogućiti navigaciju tokom leta, prilaz i sletanje aviona, izbegavanje sudara i rano upozoravanje posade u slučaju skretanja sa kursa.
Izvođenje vojnih operacija velikih sila postalo je nezamislivo bez asi-stencije satelitskih navigacionih sistema, dovodeći sve ratove na prekretni-cu, primenom novih tehnologija. Narodi i države koji nisu bili svesni ovog značaja bili su surovo poraženi i kažnjeni. Prioritet u razvoju i reorganizaciji vojske bio bi pravilna i kvalitetna edukacija profesionalnog sastava vojske u skladu sa novim tehnologijama i opremanjem svih jedinica (rodova) vojske prijemnicima. Takođe, sveobuhvatnom integracijom ovih prijemnika u borbe-ne sisteme na taktičkom nivou omogućilo bi se formiranje visokoprecizne sli-ke bojišta, kao ispomoć komandantima u procesu donošenja odluke.
Literatura
[1] Tirnanić, S., Bursać, S., Satelitska radio-navigacija letelica, Vojnoizda-vački zavod, Beograd, 2001.
[2] ERD: http://www.gps. oma. be, decembar 2008.
[3] ERD: http://www.esa. int, decembar 2008.
[4] ERD: http://www.navcen. uscg. gov/gps, decembar 2008.
[5] ERD: http://www.gps. faa. gov, decembar 2008.
[6] ERD: http://www.loran. org, decembar 2008.
[7] Ćurćić, J., Šoškić, S., Pozicioni satelitski sistemi, Vojna akademija, radni materijal, Beograd, 2005.
[8] Sekulović, D., Gigović, Lj., Geografski informacioni sistemi u komandnim i kon-trolnim informacionim sistemima, SYM-OP-IS 2008, Zbornik radova, Beograd, 2008.
