03.02.2021

Пути развития 2021: Galileo расширяется и проводит модернизацию сервисов КВНО

Пути развития 2021 Galileo
Авторы: Хавьер Бенедикто (ЕКА) - слева, и Родриго да Коста (GSA) (Изображение: ЕКА)

На протяжении 2020 года в рамках программы Galileo (под эгидой Европейской комиссии, Европейского агентства по ГНСС (GSA) и Европейского космического агентства (ЕКА)) предоставлялись непрерывные и надежные услуги координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО) и поисково-спасательные услуги, а также проводилась модернизация первого поколения наземной и космической инфраструктуры Galileo с целью повышения её надежности и представления новых видов услуг. Кроме того, была развернута полноценная кампания по модернизации программы, направленная на переход к системе Galileo второго поколения.

Недавно Европейским агентством ГНСС был выпущен Отчет о пользовательских технологиях ГНСС за 2020 год, в котором представлен всесторонний обзор текущего состояния и трендов развития ГНСС на мировом рынке; особое внимание было уделено технологиям, рассчитанным на конечного потребителя, и, в особенности, приложениям и услугам европейских ГНСС (Galileo и EGNOS).

Помимо предоставления высококачественных услуг открытого доступа, основанных на использовании новых сигналов в диапазонах E1 и E5, система Galileo также предоставляет поисково-спасательные услуги, в том числе с использованием канала обратной связи. Кроме того, система Galileo обладает такими уникальными возможностями, как аутентификация навигационного сообщения (OS-NMA) и коммерческая услуга (CAS), обеспечивающая аутентификацию навигационного сигнала в диапазоне E6. Благодаря этим возможностям гражданские пользователи ГНСС впервые получат возможность защиты от имитационных помех.

Наконец, Galileo будет предоставлять свободный доступ к услугам высокой точности (HAS) посредством задействования открытого канала передачи данных, используемого для передачи высокоточной эфемеридно-временной информации.

Эксплуатационные характеристики оправдывают ожидания

Орбитальная группировка Galileo включает в себя 22 спутника, использующихся по целевому назначению (для предоставления поисково-спасательных услуг доступны 24 спутника). Два дополнительных спутника (GSAT0201/E18 и GSAT0202/E14) на данный момент проходят испытания в части возможности их эксплуатации в качестве орбитального резерва.

Повышение уровня эксплуатационных характеристик в процессе долгосрочного развития Galileo демонстрирует возможности данной системы непрерывно совершенствоваться. В особенности стоит обратить внимание на выдающееся качество навигационных сообщений в части погрешности измерения дальности. С момента объявления о начале предоставления первичных услуг в 2016 году, погрешность измерения дальности постоянно уменьшалась, достигнув ~25 см (95%) к середине 2020 года, см. Рисунок 1.

Пути развития 2021 Galileo
Рисунок 1. Погрешность измерения дальности (F/NAV SISE) для навигационной аппаратуры потребителей (при усредненной орбитальной группировке, скользящий средний период – 30 дней). (Изображение: ЕКА)

Параметр точности синхронизации времени улучшается по мере роста количества работающих спутников в группировке. На Рисунках 2 и 3 приведены графики значений погрешности передачи шкалы времени UTC и погрешности передаваемой поправки между шкалами времени GPS и Galileo (GGTO), превосходящие 2,5 наносекунды и 4,2 наносекунды (95%) соответственно. Таким образом, целевые показатели по значениям расхождений шкал времени полностью выполнены.

Пути развития 2021 Galileo
Рисунок 2. Погрешности передачи шкалы времени UTC. (Изображение: ЕКА)

Пути развития Galileo на 2021 год
Рисунок 3. Погрешности передаваемой поправки GGTO. (Изображение: ЕКА)

Вероятно, самым значительным отличием системы Galileo в сравнении с другими ГНСС является передача всеми спутниками, находящимися в штатном режиме эксплуатации, сигналов в диапазонах E1, E6 и E5. На рынке премиальных и среднебюджетных смартфонов использование двухчастотных чипсетов становится нормой. Все крупные компании уже выпустили двухчастотные чипсеты, в том числе нацеленные на бюджетный сегмент рынка. Двухчастотные приемники обеспечивают повышенный уровень точности и надежности, а также возможность получения доступа к высокоточным техническим решениям. Большая часть массово производимых чипсетов является мультисистемными. Таким образом Galileo, с её возможностью одновременной передачи навигационных сигналов в нескольких диапазонах частот, стала одним из основных факторов развития рынка КВНО с использованием двухчастотных приемников.

Расширение пакета услуг, предлагаемых Galileo

Galileo предоставляет как услугу открытого доступа (OS) для определения местоположения и синхронизации времени, так и поисково-спасательную услугу (SAR) для системы КОСПАС-САРСАТ, внедренную в январе 2020 года и оснащенную функцией автоматической передачи сообщений обратной связи со спутников Galileo. Более того, система Galileo расширяет спектр своих инфраструктурных возможностей таким образом, что, к моменту ввода в штатную эксплуатацию, Galileo будет предлагать дополнительные высокоточные услуги по всему миру.

Услуга с регулируемым государством доступом (PRS) доступна только пользователям, получившим соответствующее разрешение от государственных органов, для критических приложений, требующих непрерывности предоставляемой услуги.

В целях дальнейшего улучшения характеристик открытой услуги, в навигационном сообщении сигнала E1 Galileo типа I/NAV будут передаваться дополнительные параметры, а именно: надежные шаблоны синхронизации на уровне символа; дополнительная эфемеридно-временная информация (ЭВИ) с использованием гибкого внешнего дешифрования и частого предоставления сокращенных данных ЭВИ с целью повышения надежности в части получения навигационных данных в сложных условиях, а также для снижения времени, необходимого для получения значения времени до первого решения (TTFF). Данные улучшения обеспечивают обратную совместимость с ранее опубликованными интерфейсно-контрольными документами на открытые сигналы системы Galileo.

Аутентификация навигационного сообщения открытой услуги (OS-NMA) предоставляет возможность бесплатной аутентификации при предоставлении открытой услуги для геопозиционирования с помощью навигационного сообщения сигнала E1 Galileo типа I/NAV.

Коммерческая услуга (CAS), дополняющая открытую услугу, обеспечивает возможность реализации функции аутентификации измерения дальности путем использования секретного ключа для шифрования кода расширения спектра в канале E6C (пилотная версия). Для обеспечения обратной совместимости, CAS работает на базе единственного гражданского сигнала с возможностью шифрования (E6). При одновременном использовании услуг OS-NMA и CAS пользователи получат возможность использовать аутентификацию навигационных сообщений и аутентификацию измерения дальности, что позволит использовать услуги аутентификации по координатам, скорости и времени по всему миру.

Пути развития 2021 Galileo
Спутник Galileo третьей партии в процессе проведения испытаний на территории комплекса ESTEC (ЕКА) в Нидерландах. (Фотография: ЕКА)

Услуга высокой точности (HAS) дополняет открытую услугу, предоставляя свободный доступ к высокоточной ЭВИ и обеспечивая более высокий уровень точности измерения дальности, для достижения метровой точности определения местоположения.

Услуги с повышенными требованиями по безопасности (SoL) обеспечиваются с использованием системы функционального дополнения SBAS в двухчастотном многосистемном режиме и с сохранением целостности с использованием технологии горизонтального автономного мониторинга целостности в приемнике (H-ARAIM). В связи с этим, осуществляется анализ видов и последствий нарушений целостности путем проведения измерений и пересмотра структуры системы, включая описание потенциальных источников рисков.

Пути развития 2021 Galileo
Спутник Galileo третьей партии в процессе проведения испытаний на территории комплекса ESTEC (ЕКА) в Нидерландах. (Фотография: ЕКА)

Модернизация инфраструктуры

В данный момент инфраструктура системы Galileo модернизируется в целях обеспечения дополнительной надежности и устойчивости, помехозащищенности и повышения качества предоставляемых услуг.

Наземный комплекс управления (НКУ) Galileo проходит модернизацию посредством внедрения технологий виртуализации. Модернизированная инфраструктура позволит облегчить процесс обновления программных и вычислительных средств без необходимости внесения проектных изменений, а также снизить влияние на текущее предоставление услуг системой Galileo, продвижением которых занимается компания Spaceopal GmbH.

Модернизация НКУ, которую проводит французская компания Thales Alenia Space (в части контура эфемеридно-временного обеспечения и контроля безопасности), направлена на обеспечение повышенного уровня надежности в решении задач КВНО, развертывание полного объема возможностей услуг PRS, расширение сетей беззапросных измерительных станций и станций закладки, а также обеспечение контроля безопасности для защиты наземных и орбитальных комплексов системы Galileo.

Модернизация НКУ, выполняемая головным подрядчиком GMV в Испании, направлена на развертывание нового контура управления, обеспечивающего мониторинг и управление группировкой, насчитывающей 38 спутников, улучшение технических характеристик и эксплуатационных качеств, расширение сети станций слежения, приема телеметрии и передачи управляющих команд, а также создание дополнительных возможностей по обеспечению безопасности.

Помимо этого, идет модернизация вспомогательных служб Galileo, в частности, Центра услуг ГНСС – в направлении реализации услуг OS-NMA и HAS, а также Центра мониторинга характеристик Galileo в части расширения возможностей проведения контрольных измерений. Эти работы выполняются головным подрядчиком GMV в Испании. Также, силами головного подрядчика – Национального центра космических исследований Франции – повышается помехоустойчивость поисково-спасательной услуги SAR.

Продолжается производство третьей партии из 12 дополнительных КА Galileo, планируемых к запуску в середине 2021 года. Спутники третьей партии сопоставимы с ранее запущенными 22 спутниками серии FOC, выпущенными тем же производителем OHB Systems в Германии. Ввод в эксплуатацию новых спутников третьей партии позволит Galileo сформировать полнофункциональную спутниковую группировку с орбитальным резервом.

Спутники Galileo третьей партии будут постепенно запускаться новой РН Ariane 62 – модификацией РН Ariane 6, оснащенной двумя твердотопливными ускорителями и находящейся на последнем этапе разработки, выполняемом головным подрядчиком Ariane Group. В то же время Национальный центр космических исследований Франции готовит стартовый комплекс для РН Ariane 6, расположенный на европейском космодроме во Французской Гвиане. Первый запуск РН Ariane 6 запланирован на 2022 год.

Пути развития 2021 Galileo
Новая европейская РН Ariane 6. (Художественное изображение: ЕКА)

Движение ко второму поколению Galileo

В рамках программы Galileo ведутся всесторонние работы по разработке Galileo второго поколения (G2G). В 2020 году были запущены закупочные процедуры в части системы, спутников и НКУ с целью начала развертывания инфраструктуры в 2024 году.

Проект G2G основывается на ключевых принципах (в том числе, принципе обратной совместимости) и обеспечивает доступ к расширенному пакету качественных услуг, концентрируясь, при этом, на принципиальной необходимости своевременно и эффективно удовлетворять все потребности пользователей. Европейская комиссия, при серьезной поддержке стран-членов Европейского союза, направила свои усилия на реализацию многообещающего списка долговременных задач КВНО, поставленных перед будущими объектами инфраструктуры европейской ГНСС.

Пакет услуг, предоставляемых G2G, и первостепенные задачи, согласованные с участниками программы, включают в себя модернизацию услуг, связанных с эволюцией сигналов для повышения их характеристик, снижения сложности и энергопотребления на уровне приемников пользователей. Также предполагаются изменения в отношении таких параметров, как время до первого решения; точность; аутентификация; модернизация услуг PRS; улучшение показателей по значениям расхождений шкал времени; повышение уровня интеграции наземных систем со стандартами сетевой связи 5G/6G; взаимодополняемость с внешними датчиками (например, инерциальная навигационная система, барометр, лазерный дальномер) и интегрированность в пользовательские архитектуры (энергоэффективные устройства и Интернет вещей); модернизация поисково-спасательной услуги, услуги оповещения о чрезвычайных ситуациях, услуги прогнозирования состояния ионосферы и космического пространства.

Программа G2G будет основываться на перспективных навигационных технологиях, разработанных за последние 10 лет в рамках программы ЕКА по модернизации европейской ГНСС (EGEP) и программы «Горизонт 2020». Данный технологический скачок позволит на более раннем этапе развернуть следующие инновационные возможности системы Galileo:

  • Характеристики открытой услуги (снижение энергопотребления и времени сходимости)
  • Развитие высокоточных услуг (целостность, доступность)
  • Помехоустойчивость и передаваемая мощность услуг PRS
  • Эксплуатационная гибкость системы, возможность реконфигурации
  • Межспутниковые линии связи (измерение дальности, передача данных миссий, контроль и управление)
  • Поисково-спасательные радиомаяки второго поколения
  • Снижение эксплуатационных затрат
  • Сокращение сроков вывода новых продуктов на рынок
  • Виртуализация и модернизация наземных технологических решений

Принимая во внимание изменчивую природу потребностей пользователей, Galileo второго поколения спроектирована таким образом, чтобы иметь возможность постепенной модернизации и обеспечивать гибкость ее эксплуатации при предоставлении новых услуг или функциональных возможностей сигналов, когда и если это необходимо, посредством выполнения динамической реконфигурации космической и наземной инфраструктуры.


Источник:  https://www.gpsworld.com/directions-2021-galileo-expands-and-modernizes-global-pnt/

Возврат к списку