Широкозонная дифференциальная подсистема EGNOS
EGNOS создается по заказу и под наблюдением так называемой Европейской тройственной группы (European Tripartite Group — ETG), объединяющей представителей Европейского космического агентства, Евроконтроля и Европейского Сообщества.
Европейское космическое агентство, Европейская комиссия и Европейская организация по безопасности воздушной навигации (EUROCONTROL) совместно разрабатывают Европейскую систему функционального дополнения спутниковой навигации EGNOS. Для наземных, морских и воздушных гражданских потребителей систем GPS и ГЛОНАСС этот проект обеспечит улучшение характеристик точности, целостности и доступности. Упомянутые организации работают совместно в рамках Европейской трехсторонней группы. Всего в проекте участвует 11 государств: Австрия, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Испания, Швейцария, Великобритания и Канада. Большое значение для реализации проекта EGNOS имеет участие в нем таких лидирующих европейских провайдеров услуг по управлению воздушным движением, как AENA (Испания), ANA (Португалия), DFS (Германия), DGAC (Франция), ENAV (Италия), NATS (Великобритания), Swisscontrol (Швейцария), а также Национального космического агентства Франции (CNES) и Управления картографии Норвегии (NMA).
ETG подписала контракт на использование двух первых навигационных транспондеров для передачи сигналов EGNOS потребителям. Эти транспондеры установлены на двух спутниках INMARSAT-III — IOR с координатами 64,5° в. д. (район Индийского океана) и AOR-E с координатами 15,5° з. д. (восточный район Атлантики). Работая вместе, они обеспечат покрытие не только всей Европы, но и Африки, Южной Америки, а также большей части Азии. Спутник IOR был запущен 3 апреля 1996 года и начал функционировать с 12 мая. Спутник AOR-E запущен в августе 1996 года. Кроме спутников INMARSAT-III в состав орбитального сегмента входит геостационарный спутник Европейского космического агентства ARTEMIS (точка 21,5° в. д.), на борту которого также установлен навигационный транспондер. В зону обслуживания EGNOS войдет большинство европейских государств, Турция, Северное море и восточная часть Атлантического океана. В дальнейшем она может быть расширена на такие регионы, как Африка, Южная Америка, СНГ, Ближний Восток.
Система EGNOS предназначена для выполнения следующих функций:
1. Увеличение числа навигационных спутников за счет использования геостационарных КА, передающих GPS-подобные сигналы. Тем самым увеличивается доступность спутниковой навигации с применением RAIM.
2. Передача информации о целостности. Это увеличит доступность навигационной службы GPS/TJIOHACC/EGNOS до уровня, соответствующего требованиям неточного (грубого, некатегоризованного) захода на посадку.
3. Передача корректирующих поправок, что позволит обеспечить точность до уровня, соответствующего требованиям точного захода на посадку по I категории.
Система EGNOS будет предоставлять пользователям следующие возможности:
Дальномерный сервис (R-GEO) — передача GPS-подобных навигационных сигналов c трех геостационарных спутников (INMARSAT-III AOR-E, INMARSAT-II IOR и ESA ARTEMIS) для улучшения общей доступности навигационного сервиса. Для определения своих координат потребителю необходимо принять сигналы от четырех спутников. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не могут обеспечить постоянного стопроцентного выполнения этого требования в любой точке земного шара. EGNOS поможет восполнить недостаток видимых спутников, что позволит потребителям повысить надежность навигации за счет реализации режима автономного мониторинга целостности в приемнике (RAIM).
Сервис целостности (GIC) — передача оценок дальномерных погрешностей для каждого навигационного сигнала GPS, ГЛОНАСС или EGNOS. При отсутствии этого сервиса EGNOS информация об аномальных характеристиках или отказах GPS и ГЛОНАСС дойдет до потребителя с задержкой более 15 минут. Сервис целостности позволит потребителю принимать решение о недостоверности навигационного сигнала со спутника до возникновения какой-либо критической ситуации.
Широкозонный дифференциальный сервис (WAD) — передача поправок для улучшения точности спутниковой навигации. Для гражданских потребителей сигналы GPS преднамеренно уменьшается для снижения точности в реальном времени примерно с 16 до 100 метров. Данный сервис позволит повысить точность до 5–10 метров.
Система EGNOS будет включать в себя:
1. Орбитальный сегмент:
два транспондера INMARSAT-III и один транспондер ARTEMIS (координаты соответственно 64,5° в. д., 15,5° з. д. и 21,4° в. д.);
Основу EGNOS составляют геостационарные спутники связи INMARSAT-III (в будущем ARTEMIS), на которых установлен прозрачный ретранслятор навигационных сигналов С/L-диапазона (6,4/1,5 ГГц) с полосой 1575,42 ± 2,2 МГц. Он обеспечит передачу C/A кода, навигационного сообщения и сообщения о целостности созвездия спутников..
Ретранслятор обеспечивает передачу: дальномерного псевдошумового С/А-кода; навигационного сообщения; сообщения о целостности сигналов спутников GPS, ГЛОНАСС и INMARSAT-Ш; вектора корректирующих поправок (три составляющие эфемеридной ошибки, сдвиг шкалы времени КА относительно системной шкалы и уточненные параметры ионосферной модели) для спутников GPS, ГЛОНАСС и INMARSAT-III.
2. Наземный сегмент:
• Сеть станций измерения дальности и мониторинга целостности (RIMS), рассредоточенные в обслуживаемой зоне. Станции будут связаны с главными центрами управления (MCC).
• Главные центры управления, где будут формироваться сигналы EGNOS. (дифференциальные поправки, информация о целостности, ионосферные задержки эфемериды геостационарных спутников).
• Наземные навигационные станции (NLES), предназначенные для закладки информации EGNOS и дальномерного GEO-сигнала на геостационарные спутники (которые затем ретранслируют эту информацию на Землю на частоте L1 GPS с модуляцией и кодированием по образцу GPS-сигнала).
Все компоненты наземного сегмента взаимосвязаны с широкозонной сетью связи EGNOS (EWAN). На этапе начального функционирования
EGNOS наземный сегмент будет включать:
• примерно 40 RIMS, распределенных по всей зоне обслуживания;
• 4 MCC: Торрехон (Испания), Гэтвик (Великобритания), Ланген (Германия), Чиампино (Италия);
• 6 NLES: Оссагель (Франция), Гунхилли (Великобритания), Райштинг (Германия), Фучино (Италия), Торрехон (Испания) и Синтра (Португалия), а также дополнительное оборудование, размещенное в Тулузе (Франция) — PACF (пункт оценки эксплуатационных характеристик и проверки системы) и Торрехоне (Испания) — ASQF (пункт квалификации для конкретных задач применения), и DVP (платформа верификации разработок). Дополнительные средства предназначены для обеспечения системных разработок, эксплуатации и квалификации.
3. Сегмент потребителей: стандартные приемники EGNOS.
Основные элементы наземного сегмента EGNOS
1. Центр управления системой EGNOS (MCC) выполняет две основные функции: расчет, размножение, проверка и передача информации о дальности и целостности геостационарных спутников, а также широкозонных дифференциальных поправок. Данную функцию выполняет центральный процессор (CPF).
2. Управление и мониторинг системы EGNOS. Эту функцию выполняет центральный контроллер (CCF).
3. Центральный процессор CPF формирует широкозонные дифференциальные поправки на основе данных, накопленных RIMS, а также данных об ионосфере в зоне обслуживания. Поправки формируются к эфемеридам и ЧВП всех спутников (GPS, GEO, ГЛОНАСС). Поправки передаются в виде стандартных сообщений в международном согласованном формате (стандарт RTCA MOPS DO-229) на станции закладки NLES для последующей передачи потребителям через геостационарные спутники. Независимая вычислительная линейка использует данные RIMS для расчета целостности полученных результатов. Обе линейки полностью автоматизированы и не требуют постоянного участия операторов.
Основными функциями процессора являются:
• Проверка входных данных перед началом обработки.
• Формирование информации о дальности.
• Формирование информации о целостности.
• Формирование широкозонных поправок.
• Проверка информации, формируемой элементами наземного сегмента.
• Формирование навигационного сообщения.
Центральный контроллер CCF принимает от элементов системы всю информацию о состоянии и вырабатывает решение по управлению, направленное на поддержание заданного уровня сервиса EGNOS. В задачи CCF также входят взаимодействие с другими центрами управления и сбор всей измерительной информации для последующего архивирования.
Основными функциями контроллера являются:
• Системный и сетевой мониторинг.
• Устранение сбоев в работе системы и планирование технического обслуживания.
• Управление системой и сетью передачи данных.
• Управление внешними интерфейсами.
• Архивирование информации.
• Системное моделирование и прогнозирование эксплуатационных характеристик.
Из истории: Начиная с 1993 года была запущена программа EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services) направленная на улучшение работы систем GPS и ГЛОНАСС на территории Европы. Система EGNOS использует сигналы спутников навигационных систем NAVSTAR и ГЛОНАСС, двух спутников Inmarsat III (Atlantic Ocean Region - East, Indian Ocean Region) и спутника Artemis, запущенного 12 июля 2001 г. Европейским Космическим Агентством (ЕКА).
Система EGNOS обеспечивает повышение точности GPS-ГЛОНАСС позиционирования до ±1-5 м на территории стран Западной и Центральной Европы, акватории Средиземного моря и части акватории Атлантического океана. На территориях стран Восточной Европы система EGNOS работает в тестовом режиме, прием сигнала нестабилен. На территории Украины прием сигналов EGNOS возможен, с постепенным ухудшением его качества по мере перемещения от западных областей к восточным.
В будущем (к 2012 году) планируется распространить действие системы EGNOS на всю территорию Украины путем создания нескольких станций RIMS. Также планируется станции RIMS в Африке, Малайзии, Южной Америки и Канаде.
WAAS – глобальная система дифференциальных поправок. Система EGNOS в России.
Система WAAS (Wide Area Augmentation System) служит для повышении точности позиционирования навигационных GPS систем. Принцип действия системы несколько отличается от обычного DGPS режима в котором используются корректирующие поправки с наземных базовых станций, передаваемые по каналам GPRS, УКВ и т.п.
В случае с WAAS, сигнал с поправками ретранслируется с геостационарных спутников, и обрабатывается навигатором с помощью одного из GPS-каналов. Это возможно благодаря тому, то сигнал WAAS передается на той же частоте, что и сигнал C/A L1 системы GPS, и имеет схожую структуру кодирования.
В мире существует несколько аналогичных WAAS систем: в Европе – EGNOS, в Японии - MSAS. Общепринятое название таких систем - SBAS (Space Based Augmentation System), что можно дословно перевести, как «космические вспомогательные системы». В литературе можно также встретить название WADGPS (Wide Area Differential GPS) – глобальный дифференциальный GPS.
Система WAAS содержит более 20 базовых станции (WRS), расположенных на всей территории Соединенных Штатов. Каждая их станций оборудована GPS аппаратурой и специальным программным обеспечением, предназначенным для приема GPS сигналов, анализа полученных измерений, вычисления ошибок ионосферы, отклонений траекторий и часов спутников. Эти данные передаются на центральную станцию управления (Master Station - WMS), где повторно обрабатывается и анализируются с учетом измерений, полученных со всех базовых станций сети. Затем корректирующая информация передается на геостационарные спутники и уже оттуда ретранслируются пользователям.
Если ошибки траектории и ухода часов спутников не зависят от текущего местоположения пользователя и учитываются в вычислениях позиции одинаково, то атмосферные задержки во многом определяются спецификой местности. Более того, с учетом модернизации космических аппаратов и наземных сегментов GPS, за последние несколько лет уровень «системных» ошибок значительно снизился. Поэтому основной вклад в общую ошибку позиционирования вносят именно атмосферные ошибки, связанные с задержкой распространения сигнала при прохождении ионосферного и тропосферного слоев.
Разработчики системы WAAS предложили специальную координатную сетку поправок, для описания модели ионосферных задержек. Поверхность Земли поделена на 9 зон, каждая из которых содержит 201 точку (последняя - 200). Для каждой точки, с учетом данных базовых станций, моделируется и вычисляется значение ионосферной задержки.
Любой из геостационарных спутников SBAS (системы WAAS, EGNOS и т.д) покрывает ограниченную территории, соответственно он может передавать информацию только для 3-4 зон. Эти ограничения связано с территориальной принадлежностью систем и расположением сети базовых станций WAAS, определяющих точность моделирования поправок. Считается, что каждая станция эффективно «покрывает» окружающую территорию радиусом 400-500 км. Время передачи данных с базовых станций на геостационарные спутникиWAAS составляет несколько секунд. В рабочем режиме, обновление данных связанных с ошибками часов и эфемерид осуществляется с периодом 2 минуты. Данные ионосферные задержек обновляются несколько реже, потому что изменяются во времени значительно медленнее. Для вычисления значение ионосферной ошибки в текущем местоположении GPS приемник использует данные 4-х соседних «узловых» точек. Если текущее местоположение находится в непосредственной близости от «узловой» точки, то дополнительные вычисление могут не понадобится. .
Вторая немаловажная роль систем SBAS заключается в контроле целостности и работоспособности GPS спутников. Если по каким то причинам, GPS спутник стал передавать неправильную информацию, либо ошибки навигационных измерений превышают допустимые значения, то ему должен быть присвоен статус «больной», чтобы исключить из алгоритмов вычисления позиции. Все GPS приемники используют информации о «здоровье» спутников из специальных полей альманаха и эфемерид, данные которых корректируются с управляющих наземных GPS станций раз в несколько часов. Соответственно, наземный сегмент системы GPS не может оперативно отреагировать на проблемы в работы спутников, и донести эту информацию до пользователей. Вспомогательная система WAAS может передать эти данные в течении нескольких минут.
Навигационные приемники идентифицирую геостационарные спутники WAAS по номерам, значение которых больше 32. Номера с 1 по 32 строго закреплены за спутниками GPS и привязаны к псевдошумовому коду (PRN)
Ниже приведена таблица соответствий между названием спутника, его номером и идентификационным номером, который используется в приемниках «Garmin». Координаты каждого спутника определены только значением долготы, так как широта экватора соответствует 0 градусов.
Размещено: 08.06.2017
