Ing. ALEXANDRU-NICOLAE VIȘAN [302247]

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII

BUCUREȘTI

ȘCOALA DOCTORALĂ

TEZĂ DE DOCTORAT

Conducator doctorat:

Prof.univ.dr.ing. CONSTANTIN MOLDOVEANU

Doctorand: [anonimizat]. ALEXANDRU-NICOLAE VIȘAN

București

2017

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII

BUCUREȘTI

ȘCOALA DOCTORALĂ

TEZĂ DE DOCTORAT

CONTRIBUȚII LA ÎMBUNĂTĂȚIREA PRECIZIEI DE DETERMINARE A POZIȚIEI UTILIZÂND SISTEME GNSS COMPLEMENTARE

Conducator doctorat:

Prof.univ.dr.ing. CONSTANTIN MOLDOVEANU

Doctorand: [anonimizat]. ALEXANDRU-NICOLAE VIȘAN

București

2017

[anonimizat] a unei rețele de stații permanente distribuite la nivelul unui întreg continent sau chiar global.

Principala caracteristică a sistemelor complementare spațiale care le diferențiază de celelalte sisteme complementare este aceea că mesajele transmise de aceste sisteme sunt transmise prin intermediul sateliților geostaționari ceea ce le face capabile să asigure o acoperire sporită față de alte sisteme similare.

În figura următoare sunt ilustrate sistemele complementare spațiale operaționale sau în curs de autorizare dezvoltate pană în prezent.

Figura 2 Situația actuală a sistemelor SBAS

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://theflyingengineer.files.wordpress.com/2014/01/sbas-crude.jpg]

Pe lângă gradul de precize ce poate fi asigurat folosind sistemele complementare spațiale o altă caracteristică importantă este dată de disponibilitatea oferită utilizatorilor. Un sistem SBAS se consideră a fi disponibil dacă întrunește și alte condiții legate în principal de integritatea mesajelor oferite înțeleasă ca măsură a [anonimizat] a furniza un serviciu pe toată durata preconizată.

[anonimizat] o măsură a calității serviciilor oferite și reprezintă un bun indicator pentru a estima impactul unui astfel de sistem asupra utilizatorilor.

Figura 3 Acoperirea sistemelor SBAS actuale

accesat Iunie 2014

Global SBAS STATUS

Interoperability Working Group 22

Un altă carecteristică a sistemelor SBAS este legată de frecvența semnalelor emise. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat] 50 ns. [anonimizat], fapt ce contribuie semnificativ la numărul de sateliți vizibili.

[anonimizat].

Din dorința sau necesitatea de a [anonimizat] a dezvolta sisteme SBAS.

În unele cazuri ele pot constitui parte integrantă a unor sisteme regionale de poziționare prin satelit (RNNS – Regional Navigation Satellite System), cum este cazul sistemului japonez RNSS Japanese Regional Navigation Satellite Systeme și a celui indian IRNSS- Indian Regional Navigational Satellite System.

Pe plan global se tinde către uniformizarea standardelor referitoare la sistemele complementare satelitare astfel încât să se asigure interoperabilitatea acestor sisteme pentru a se crea un sistem complementar cvasi-global.

Figura 4 Sisteme SBAS planificate

accesat Iunie 2014

Global SBAS STATUS

Interoperability Working Group 22

Beneficiul major adus utilizatorilor este acela al disponibilității crescute a serviciilor oferite.

Figura 5 Predicție pentru acoperirea și disponibilitatea sistemelor SBAS

accesat Iunie 2014

Global SBAS STATUS

Interoperability Working Group 22

MESAJELE DIFUZATE DE SISTEMELE SBAS

Datorită lățimii de bandă reduse, datele transmise de sistemele SBAS sunt codat în mesaje care au rolul de a minimiza cantitatea de informație transmisă. Standardul care se referă specific la conținutul și structura mesajelor SBAS este standardul RTCA/DO 229-C.

În prezent există un număr de 20 de mesaje standardizate ce pot fi transmise de sistemele SBAS.

Tabel 2 Mesajele SBAS

Majoritatea mesajelor SBAS sunt transmise pe frecvența L1 (1575.42 MHz) la o rată de 250 bps, de 5 ori mai mare decât cea sistem GPS. Acest lucru permite transmiterea unui mesaj la fiecare secundă.

Fiecare mesaj transmis este format din patru parți principale:

Primii 8 biți din structura mesajului reprezintă preambulul. Acesta are o dimensiune totală de 24 biti, astfel că se intinde pe trei mesaje consecutive. Rolul său este de sincroniza datele în faza de achiziție a frecvențelor;

6 biți care conțin denumirea mesajului(de la 0 la 63);

212 biți care corespund datelor efective transmise în mesaj.Conținutul este diferit în funcție de tipul mesajului;

Ultima parte constă într-un bloc de 24 de biți de paritate pe baza cărora se verifică ca datele să nu fie corupte în timpul transmisiei.

Figura 6 Mesajele SBAS

accesat Iunie 2014

USER GUIDE FOR EGNOS APPLICATION DEVELOPERS

Figura 7 Statusul mesajelor transmise de EGNOS la data de 11.01.2017

În general mesajele transmise de sistemele SBAS se pot încadra în următoarea clasificare:

mesaje cu rol în optimizarea fluxului de date;

mesaje ce conțin corecții pe temen scurt pentru efemeride și cesurile sateliților;

mesaje ce conțin corecții pe termen lung pentru efemeride și ceasurile sateliților;

mesaje care conțin corecții pentru influența ionosferei;

mesaje utilizabile în cazuri speciale;

Din prima categorie fac parte mesajele de tip 0, tip 1 și tip 18.

Mesajele de tip 0 sunt transmise de sistemele SBAS atât timp cât nu sunt aprobate pentru a fi utilizate în aplicații critice, cum sunt cele din aviație. Atunci când este transmis, conținutul mesajului de tip 0 este identic cu cel al mesajului de tip 2 prin care sunt transmit corecțiile aplicabile pe termen scurt.

Pentru a putea fi identificat în mod unic fiecare satelit are asignat un cod PRN (pseudo-random number code). Mesajele de tip 1 conțin masca PRN care arată pentru ce sateliți se vor transmite date în mesajele următoare. Mesajul are 51 de biți și conține câte în bit cu valoarea unu pentru fiecare satelit (PRN) pentru care se va transmite date în mesajele următoare. Ordinea sateliților pentru care se vor transmite date este aceeași cu cea din masca PRN.

Figura 8 Masca PRN transmisă în mesajele EGNOS la data de 11.01.2017

Atât pentru masca PRN cât și pentru corecți se definesc atribute care identifică versiunea curentă a mesajului, astfel IODP(Issue of Data PRN) corespunde măștii curente, IODFj (Issue of Data fast corections) pentru mesajele curente de tip 2-5, IODE (Issue of Data Ephemerides) identifică corecțiile pe termen lung curente, iar IODI(Issue of Data Ionoesphere) indică varianta curentă a corecției ionosferei.

Tabel 3 Coduri PRN

accesat Iunie 2014

USER GUIDE FOR EGNOS APPLICATION DEVELOPERS

Variațiile pe termen lung ale corecțiilor ceasurilor sateliților și ale efemeridelor sunt conținute în mesajul de tip 25, iar cele pe termen scurt sunt cuprinse în mesajele de tip 2-5.

Mesajele de tip 2-5 conțin corecții pentru blocuri de câte 13 sateliți care au același valoare a atributului IODP (Issue of Data PRN). Mesajele de tipul 2-5 conțin un indicator denumit UDREI (User Differential Range Error Indicator), precum și varianță UDRE calculata pentru fiecare satelit monitorizat. UDRE este utilizat pentru a indica incertitudinea corecțiilor aplicate. Ca semnificație, UDRE înglobează erorile aferente corecțiilor de ceas și de orbită ale sateliților.

e GPS satellites broadcast a user range accuracy (URA) parameter broadcast in

its navigation data broadcast to indicate expected range accuracy [SPS]. Similarly,

WAAS uses a user di_erential range error (UDRE) to indicate the uncertainty in the

corrected pseudoranges. UDRE tries to bound the error due to the ephemeris and

clock corrections. The WAAS messages send a discrete UDRE indicator (UDREI),

that occupies 4 bits for each satellite, to account for user di_erential range error.The 4-bit UDREIs are used for the evaluation of the _2

UDRE

0s, indicating the

accuracy of combined fast and slow error corrections, but not including the accuracy

of the ionospheric delay corrections [Chao,d] [MOPS].

The WAAS users employ a weighted least-squares (WLS) method to solve for

their position estimate and estimate covariance, and the WLS estimator uses the

UDREI that comes from the WAAS broadcast and the measurement variance from

the receiver. Table 4.4 shows the transform between UDREI, UDRE and _2

Tabel 4 Acuratețea corecțiilor transmise

WIDE AREA DIFFERENTIAL OPERATION OF

THE GLOBAL POSITIONING SYSTEM :

EPHEMERIS AND CLOCK ALGORITHMS

Pe baza acestor parametrii se permite estimarea acurateței corecției transmise pentru fiecare satelit. Principiul este similar sateliților GPS care transmit în mesajul de navigație un parametru denumit URA (User Range Accuracy) prin care se indică acuratețea care se așteaptă să fie atinsă.

Figura 9 Mesajele de tipul 2-5

În cazul în care sunt mai puțin de 6 sateliți indicați în masca, mesajele 2-5 pot fi înlocuite de mesajul special de tip 24 care conțin atât corecții pe termen scurt alaturi de UDRE, cât și variația corecțiilor pe termen lung.

Figura 10 Measaj de tip 25

Mesajele de tip 25 furnizează corecțiile pentru erorile efemeridelor și ceasurilor sateliților , care variază lent în timp. Mesajul este împărțit în două jumătăți având structură similară. Fiecare jumătate conține corecții pentru unu sau doi sateliți. În cazul în care primul bit denumit “velocity code” este 0 se furnizează corecții pentru doi sateliți în fiecare jumătate de mesaj. În cazul în care “velocity code” este setat la 1, mesajul va conține corecții doar pentru un satelit, dar vor fi furnizate corecții suplimentare.

Corecțiile cuprind informații despre offset-ul ceasurilor, precum și estimări ale poziției satelitului. Adițional, în funcție de valoarea erorilor de ceas sau ale efemeridelor, aceste mesaje conțin driftul instrumental al ceasurilor, estimări ale componentelor vitezei de deplasare precum și timpul aferent fiecărei corecții. Aceste elemente sunt necesare în cazul în care aplicarea offset-lui de timp și a corecțiilor de poziție nu sunt suficiente.

Un alt tip de mesaj special este și mesajul de tip 6 care conține informații despre integritatea tuturor sateliților marcați în masa PRN. Mesajul de tip 6 conține indicatorul UDRE și valoarea asociată acestuia, precum și abaterea medie pătratică a UDRE.

Tot în cadrul acestor mesaje sunt transmise și informații legate de data de emisie a corecțiilor pe termen scurt, precum și cărui grup de sateliți li se aplică corecțiile respective

Figura 11 Mesaj de tip 6

Mesajele de tip 7 includ factorii de degradare a corecțiilor pe termen scurt, reliefând modul în care corecțiile pe termen scurt se modifică în timp. Acest tip de mesaj este de importanță vitală în aviație, permițând estimarea corecțiilor pe termen scurt în cazul în care există discontinuități în recepționarea mesajelor în faze critice ale zborului. Factorii de degradare transmiși determină durata de valabilitate a corecțiilor recepționate care poate varia de la 6 la 60 de secunde, astfel că, în cazul unor corecții care depășesc perioada de valabilitate, acestea nu se recomandă a mai fi aplicate. În practica uzuală mesajele conținând corecțiile pe termen scurt sunt furnizate astfel încât să se asigure valabilitate acestora.

Figura 12 Mesaj de tip 7 – Factorii de degradare ai corecțiilor pe termen scurt

Mesajele de tip 9 conțin efemeridele sateliților care transmit corecțiile.

Figura 13 Mesaj de tip 9 – mesaje de navigatie pentru sateliții SBAS

Acești sateliți nu fac parte din constelațiile GNSS, așa că aceste informații nu sunt recepționare în mesajele de navigație clasice. Mai mult de atăt, aceste înformații sunt disponibile doar în mesajele de navigație furnizate de sistemele SBAS.

Mesajele de tip 10 conțin informații similare mesajelor de tip 7, însă aplicabile corecțiilor pe termen lung. Acestea pot conține corecții ale ionosferei, precum și mesaje de navigație pentru sateliții geostaționari.

Figura 14 Mesaj de tip 10 – Factorii de degradare ai corecțiilor pe termen lung

În cadrul mesajelor de tip 12 sunt transmise informațiile referitoare la timp și anume timpul rețelei, sau offset-ul aplicabil.

Figura 15 Mesaj de tip 12 – Mesaje de timp

Mesajele ce conțina almanahul sateliților aferenți sistemului SBAS sunt transmise prin intermediu mesajului de tip 17

Figura 16 Mesaj de tip 17- Almanahul sateliților SBAS

Pentru a corecta eroarea cauzată de ionosferă, receptorul trebuie să identifice coordonatele punctului în care direcția semnalului satelitar intersectează ionosfera. Acest punct este cunoscut sub denumirea de IPP ( Ionospheric Pierce Point) și este situat la o altitudine de aproximativ 320 km. Coordonatele puncte IPP sunt folosite pentru a interpola în gridul transmis de sistemul SBAS valoarea corecției pentru fiecare satelit în parte.

Figura 17 Punctul de intersecție cu Ionosfera

accesat Iunie 2014

USER GUIDE FOR EGNOS APPLICATION DEVELOPERS

Gridul conține un număr de 2192 puncte denumite puncte IGP ( Ionospheric Grid Points) grupate în 9 benzi verticale și 2 benzi orizontale în jurul Polilor.

Figura 18 Gridul IGP

accesat Iunie 2014

USER GUIDE FOR EGNOS APPLICATION DEVELOPERS

Corecțiile ionosferi sunt transmise în mesajele de tip 26 alături de un indicator al acurateței corecțiilor calculate pentru ionosferă denumit GIVEI (Grid Ionospheric Vertical Error Indicator). Fiecare mesaj conține corecțiile pentru blocuri de câte 15 puncte IGP, prezente în masca IGP. Pe baza numărului benzii, numărului blocului transmis și IODP, receptorul este capabil să deducă pentru ce puncte ale gridului sunt transmise corecțiile pentru ionosferă.

Mesajul pentru fiecare punct al gidului se întinde pe 9 biți, iar cu o rezoluție calculată de 0,125 m pentru fiecare bit rezultă o întărziere de la 0 la 63,875 m, Aceasta reprezintă eroarea cauzată de ionosferă asupra masurătorilor GPS pe frecvența L1. Perioada de valabilitate a corecțiilor este de 600 de secunde

Masca IGP se transmite în mesajele de tip 18 pentru a asocia corecțiile transmise cu fiecare punct IGP al gridului. Fiecare mesaj conține masca pentru o singură bandă.

Figura 19 Mesaj de tip 18 – Masca cu punctele IGP pentru EGNOS

Figura 20 Starea gridului transmis de EGNOS

Figura 21 Measaj de tip 26 – Corecțiile transmise pentru Ionosferă

SISTEME SBAS REGIONALE

EGNOS – European Geostationary Navigation Service

EGNOS reprezintă un sistem complementar spațial destinat îmbunătățirii preciziei de poziționare a sistemelor de navigație GPS și GLONAS prin transmiterea de mesaje adiționale.

Obiectivul EGNOS este de a asigură performanțe îmbunătățite pentru navigație în aria definită în cadrul ECAC (European Civil Aviation Conference).

Figura 22 Regiunea ECAC ( tarile membre-stanga/ aria de acoperire-dreapta)

accesat Iunie 2014

EGNOS Safety of Life Service Definition Document

EGNOS este rezultatul unei colaborări între Agenția Spațială Europeană(ESA), Comisia Europeană și Eurocontrol lansată în 1997 și reprezintă prima etapă din strategia europeană privind navigația prin satelit. Următoarea etapa care a demarat deja, este reprezentată de realizarea sistemului global de poziționare denumit Galileo.

În 2005 EGNOS și-a început activitatea oferind un prim serviciu destinat aplicațiilor critice care a fost certificat în 2011 pentru aplicații în aviație. Din 2009 conducerea EGNOS este deținută de Comunitatea Europeană.

În general sistemele SBAS au o arhitectură formată din 3 segmente:

segmentul spațial cu rol în transmiterea mesajelor către utilizatori;

componeneta de la sol formată din stațiile de monitorizare și control;

utilizatorii finali care au receptoare capabile să beneficieze de semnale SBAS;

Corecțiile și informații despre integritatea sateliților aflați în raza rețelei de stații de monitorizare aflate la sol se transmit prin intermediul sateliților geostaționari. Aceștia sunt în număr de 3 și formează segmentul spațial al sistemului.

Pentru a beneficia de EGNOS este necesar a recepționa semnale de la un singur satelit, ceilalți asigurând redundanța sistemului sau sunt destinați testărilor.

Figura 23 Starea inițială a segmentul spațial EGNOS

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.securityrevue.com/article/2008/03/the-egnos-system-and-

the-security-of-seafaring-and-sea-transport]

În configurația inițială doi dintre sateliții utilizați fac parte din constelația operată de INMARSAT, iar al treilea este satelitul Artemis administrat de Agenția Spațială Europeană. Satelitul Artemis a încetat să mai transmită, fiind exclus din sistemul EGNOS începând cu ianuarie 2014. În 2015, respectiv 2016 sateliții INMARSAT urmează a fi înlocuiți de sateliții ASTRA-4B și ASTRA-5B ai operatorului SES. Înca din din iulie 2012 satelitul Astra-5B cunoscut sub denumire de Sirus 5 face parte din constelația EGNOS, fiind în fază de testare. Noii sateliți vor asigura transmiterea semnalelor pe cele două frecvențe L1 și L5.

Tabel 5 Caracteristicile sateliților din segmentul spațial EGNOS

accesat Iunie 2014 la adresa

EGNOS SERVICE NOTICE

[www.essp-sas.eu]

Pentru EGNOS rețeaua de monitorizare este alcatuită din 34 de stații de monotorizare denumite RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations) situate pe teritoriul Europei și al continentelor învecinate.

Figura 24 Locațiile stațiilor RIMS

accesat Iunie 2014

EGNOS Safety of Life Service Definition Document

Din motive de securitate acestea sunt amplasate în incinta aeroporturilor sau a centrelor de telecomunicații. Stațiile sunt configurate astfel încât să poată fi operate de la distanța fiind controlate de centre de comanda denumite CCF(Central Control Facility). Fiecare stație RIMS este compusă din minim două canale care sunt de fapt stații de referință independente. Stațiile de referința sunt specializate în a transmite date brute fie pentru calculul corecțiilor sau pentru monitorizarea integrității.

Figura 25 Structura EGNOS

accesat Iunie 2014

EGNOS TUTORIAL

Research group of Astronomy and Geomatics

Universitatea din Catalonia

Fluxul de date este transmis către centrele de procesare denumite CPF (Central Procesing Facility) unde sunt elaborate următoarele seturi de corecții:

corecții de ceas pentru toți sateliții vizibili ;

corecții ale efemeridelor;

un model al erorilor cauzate de ionosferă;

Centrul de control CCF și centrul de procesare CPF sunt structuri din cadrul MMC (Mision Control Center. Un număr de 4 astfel de structuri fac parte din arhitectura EGNOS.

Corecțiile calculate de centrele de procesare sunt valabile pe zona de acoperire a sateliților geostaționari, iar modelarea erorilor induse de ionosferă este validă pentru o zonă mai restrânsă centrată asupra Europei .

Un alt rol al CPF este acela de a estima erorile reziduale la care se pot aștepta utilizatorii după aplicarea setului de corecții livrat de EGNOS. Aceste seturi de corecții sunt transmise sateliților de către stațiile NLES (Navigation Land Earth Station), care pentru a asigura redundanța sistemului sunt în număr de 6 ( două stații pentru fiecare satelit folosit).

EGNOS beneficiaza de o rețea care asigură comunicațiile între toate componentele rețelei de la sol denumita EWAD (EGNOS Wide Area Network).

Figura 26 Arhitectura EGNOS

accesat Iunie 2014

EGNOS Safety of Life Service Definition Document

Dintre serviciile oferite de EGNOS, serviciul Safety-of-life Service are implicațiile cele mai accentuate. Serviciul este bazat pe transmiterea mesajele referitoare la integritatea observațiilor satelitare și este utilizat preponderent în transporturi, acolo unde cunoașterea poziției este esențială pentru siguranță. Începând cu 2011 serviciul a fost autorizat pentru utilizarea în aviație, ceea ce presupune asigurarea unei diponibilitați mai mare de 99% și o precizie de sub 2 m pentru toate fazele zborului .

Open Service este un serviciu disponibil gratuit tuturor utilizatorilor al cărui principal obiectiv este acela de a asigura corecții pentru sursele de erori care afecteaza semnalul satelitar pentru a îmbunatății precizia de poziționare. Serviciul poate fi folosit pentru atingerea unei precizii de poziționare de sub 2 m, pentru o probabilitate de 95% .

EGNOS poate furniza și un serviciu comercial denumit EDAS (EGNOS Data Access Service) care reprezintă unica modalitate de acces în timp real la datele colectate și generate de sistemul EGNOS. Acest serviciu are la bază distribuirea prin intermediul Internetului a datelor brute de la stațiile RIMS, precum și a corecțiilor calculate la nivelul centrelor de procesare.

EDAS este o îmbunătățire a sistemului SISnet lasat in 2001 și premiat 3 ani mai târziu pentru originalitate, îmbinând flexibilitatea oferită de SISnet cu gradul de disponibilitate asigurat de EGNOS .

Structura EDAS este constituită din două elemente independente:

EGNOS DATA Server (EDS) reprezintă punctul de acces către datele furnizate de EGNOS;

EDAS Client SW este o componentă de software ce se instalează la nivelul utilizatorului pentru a permite conetarea la EDS.

Serverul EDS se poate accesa și prin intermediul altor protocoale de comunicație, cum sunt FTP, Ntrip sau SISNet.

EDAS asigură acessul la 3 pachete de servicii principale diferențiate în funcție de formatul de date în care sunt transmise informațiile, dar în esență conținând aceleași tipuri de mesaje.

Tabel 6 Nivele de servicii și formate

accesat Iunie 2014

EGNOS Data Access Service Definition Document

O posibilitate de filtrare a datelor este dată de extensia EDAS Data Filtering care permite descărcarcarea unui subset al datele disponibile corespunzător unor selecții predefinite a stațiilor RIMS.

Figura 27 Arhitectura EDAS

accesat Iunie 2014

EGNOS Data Access Service Definition Document

WAAS Wide Area Augmentation System

WAAS este echivalentul american al sistemului EGNOS. WAAS este un sistem de tip SBAS dezvoltate de FAA (Federal Aviation Admnistration) care a luat ființă în 1994 pentru a îmbunătății precizia de poziționare oferită de sistemul NAVSTAR-GPS. Sistemul este aprobat pentru aplicațiile din navigație din 2003.

Segmentul spațial este alcatuit din 3 sateliți geostaționari care transmit mesajele pe aceeași frecvențe, L1 și L5 cu sistemul GPS.

Figura 28 Starea actuala a sistemului WAAS

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.nstb.tc.faa.gov/DisplayGEOStatus.htm]

Din Iunie 2011 constelația WAAS este formată din sateliții Inmarsat 4F3 , Anik F1R deținut de TELESAT și Galaxy 15 administrat de INTELSAT.

Tabel 7 Sateliți WAAS

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.navipedia.net/index.php/WAAS_Space_Segment]

Rețeaua de la sol este formata din 35 de stații de referința denumite WRS (Wide-area Reference Stations) care monitorizează sateliții GPS disponibili.

Figura 29 Segmentul de la sol

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.nstb.tc.faa.gov/images/Waaspic.jpg]

La nivelul fiecărei stații de referință sunt montate 3 echipamente independente pentru colectarea observațiilor. Acestea sunt denumite WRE (Wide-area Reference Equipment) și sunt formate din receptor, ceasuri cu cesiu și un centru de colectare a datelor DCP (Data Collection Processor), care are rolul de a transmite datele către stațiile principale WMS (Wide-area Master Stations). Stațiile master au rolul de a calcula corecțiile și a estima integritatea sistemului GPS. La nivelul stațiilor master funcționează subsisteme independente pentru calculul efemeridelor și a corecțiilor de ceas, respectiv pentru estimarea corecțiilor ionosferei.

Figura 30 Arhitectura sistemului WAAS

accesat Iunie 2014

WAAS PERFORMANCE STANDARD

Corecțiile sunt direcționate către sateliți geostaționari prin intermediul stațiilor GES (Ground Earth Stations). Componentele rețelei WAAS sunt administrate cu ajutorul a două centre de comandă O&M: NOCC (National Operations and Control Center) și POCC (Pacific Operations Control Center), iar legătura cu celelalte componente se asigură prin intermediul unei rețele redundante de comunicație denumite TCN (Terrestrial Communications Network).

Aria de acoperire a WAAS este divizată în 5 zone care acoperă SUA continentală, Alaska, Hawaii, Puerto Rico și o zona geografică care le înglobează pe toate prezentată în figura de mai jos.

Figura 31 Aria de acoperire WAAS

accesat Iunie 2014

WAAS PERFORMANCE STANDARD

Serviciile WAAS disponibile în cele 4 zone sunt diferite în ceea ce privește disponibilitatea și continuitatea, mai ales datorită inexistenței sau existenței unui număr redus de stații de referință dar și a poziționării geografice la marginea ariei de acoperire a sateliților.

Performanțele sistemului WAAS sunt estimate la intervale regulate iar concluziile sunt publicate în rapoarte la fiecare 4 luni. Pentru estimarea preciziei sunt incluse observațiile efectuate în decursul celor 4 luni la intervale de o secunda pentru toate stațiiile de referință.

Figura 32 Estimarea preciziei 2D

accesat Iunie 2014

PERFORMANCE ANALYSIS REPORT Q1

Figura 33 Estimare preciziei pe verticală

accesat Iunie 2014

PERFORMANCE ANALYSIS REPORT Q1

MSAS – MTSAT Satellite Augmentation System

MSAS reprezintă un sistem complementar spațial dezvoltat de guvernul japonez care difuzează semnalele prin intermediul a doi sateliți MTSAT (Multifunctional Transport Satellites). Sateliții sunt amplasați la o longitudine de 140V, respectiv 145V și pe lângă rolul de emițători ai semnalelor MSAS, sateliții indeplinesc și funcția de sateliți meteorologici. Sistemul a fost declarat operațional în septembrie 2007 și deservește regiunea Fukuoka Flight Information Region care delimitează spațiul aerian japonez.

Figura 34 Aria de acoperire a MSAS

accesat Iunie 2014 la adresa

[www.mlit.go.jp/koku/04_hoan/e/04.pdf]

Ministery od Land, Infrastructure, Transport and Tourism

Segmentul de la sol este format din 4 stații de monitorizare GMS (Ground Monitor Stations) amplasate pe teritoriul Japoniei și 2 stații principale de control MCS(Master Control Station) care calculeaza corecțiile și estimeaza integritatea sateliților vizibili transmițând apoi datele către sateliții geostaționari. Alte două stații MRS (Monitor and Ranging Station) situate în Australia, respectiv Hawaii ajută la calculul orbitelor sateliților GEO și funcționează că și stații de referință suplimentare .

Figura 35 Configurația MSAS

accesat Iunie 2014 la adresa

[www.oosa.unvienna.org/pdf/icg/2007/icg2/presentations/04_01.pdf]

United Nations Office for Outer Space Affairs

Mesajele oferite de MSAS sunt transmise pe frecvența L1 și îmbunatațesc precizia de determinarea a poziției determinate pe baza sateliților GPS, oferind o disponibilitate de peste 99.9% . In tabelul următor sunt prezentate rezultatele oficiale cu privire la performanțelor sistemului funcție de serviciul folosit, remarcându-se diferențele semnificative față de soluția oferită de RAIM (Receiver Autonomous Intergrity Monitoring). RAIM reprezintă o funcție ce poate fi implementată pe receptoarele GPS ce poate oferii informații cu privire la integritatea semnalelor oferite.

Tabel 8 Precizia MSAS

accesat Iunie 2014

MSAS Performance Analysis – Summary

SDCM – System for Differential Corrections and Monitoring

Este un sistem de tip SBAS dezvoltat de Federația Rusa că o componenta a sistemului GLONASS. Spre deoebire de celelalte sisteme SBAS actuale, SDMC asigură mesaje despre integritatea sistemul GLONASS, cât pentru cea a sistemului GPS. Sistemul transmite corecții diferențiale pentru GLONASS și realizează o analiză aposteriori a sistemului .

Segmentul spațial este alcatuit din 3 sateliți geostaționari, ultimul din ei fiind lansat în martie 2014.

Tabel 9 Sateliții sistemului SDCM

Figura 36 Acoperirea sateliților SDCM

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://gpsworld.com/glonass-modernization-12232]

Stațiile de monitorizare sunt în număr de 19 pe teritoriul Federației Ruse cu intenția de extindere rețeaua de referință cu 21 de locații adiționale. La ora actulă exista 5 stații amplasate în afara granițelor (Ucraina, Kazakhtan, Antarctica). Exita două stații de control și transmitere a datelor către sateliți.

În viitor corecțiile oferite de SDCM vor putea fi accesate și prin intermediul SISNet și a protocolului Ntrip.

Figura 37 Rețeaua de monitorizare SDCM

accesat Iunie 2014 accesat la adresa

[http://www.unoosa.org/pdf/icg/2012/icg-7/3-2.pdf]

Sistemul ofera o disponibilitate de 99.9% pentru mare parte a teritoriului rus și ofera precizii de poziționare de sub 3m.

Figura 38 Disponibilitatea și precizia SDCM

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://gpsworld.com/glonass-modernization-12232]

GAGAN – GPS Aided Geo Augmented Navigation

GAGAN este denumirea sistemului SBAS ce se afla în curs de implementare în India. Sistemul este compatibil cu celelalte sisteme SBAS dezvoltate până în prezent și urmează să se dezvolte în mai multe etape.

Prima dintre etape a fost denumită TDS (Technology Demonstration System) și a avut că scop demostrarea viabilitații sistemului prin folosirea transmițătorului de la bordul satelitului INMARSAT 4F1 împreuna cu 8 stații de referință ce au în dotare câte două ceasuri cu cesiu. Odată cu această etapă s-a realizat și faza IEP( Initial Experimental Phase). Ultima fază denumita FOP(Final Operational phase) este în curs de desfașurare și are că scop final autorizarea sistemului GAGAN pentru uz în aviație.

Mesajele sunt transmise cu ajutorul a 3 sateliți geostaționari dintre care doar doi se află la ora actuală în spațiu, al treilea urmând să completeze constelația GAGAN în 2015.

Tabel 10 Sateliți GAGAN

Sistemul este destinat să acopere spațiul aviatic al Indiei și ofera mesaje complementare pentru sistemul de navigație GPS pentru a îmbunătăți precizia.

Figura 39 Sateliții GAGAN

accesat Iunie 2014

Ionospheric data collection and analysis over Indian region
Recent results

First Meeting of ionospheric Studies Task Force, 2012

Rețeaua de monitorizare este alcătuiată în prezent din 15 stații INRES (Indian Reference Station) dotate cu câte 3 ceasuri cu cesiu. Două stații de monitorizare INMCC( Indian Master Control Centre) asigură calculul corecțiilor și distribuirea lor către INLUS (Indian Land Uplink Station) .

Figura 40 Rețeaua de monitorizare GAGAN

accesat Iunie 2014

Ionospheric data collection and analysis over Indian region
Recent results

First Meeting of Ionospheric Studies Task Force, 2012

Legatura între structurile sistemului de monitorizare și control se face prin intermediul unei rețele de comunicații DCN(Data Communication Network).

Sateliții GAGAN sunt capabili să transmita mesajele de tip SBAS pe două frecvențe, respectiv LI și L5.

Gagan va dispune de două tipuri de servicii și este capabil să ofere precizii de sub 0.7 m pentru 2D și 1. 5 m pe verticală .

Figura 41 Serviciile GAGAN

accesat Iunie 2014

GNSS status în India

Third Meeting of Ionospheric Studies Task Force, 2013

Alte sisteme regionale

Exceptând sistemele complementare spațiale prezentate, și alte autoritați din domeniu și-au exprimat intenția de a demara proiecte de realizare a unor sisteme SBAS. Unele dintre aceste sisteme se află în faza de realizare sau sunt în curs de proiectare:

ASAS( African Satellite Augmentation System) – va avea o rețea formată din 55 de stații de referință și 3 centre de control, iar segmentul spațial va fi format din 3 sateliț geostaționari. Sistemul va fi o extindere a EGNOS pe teritoriul Africii.

SNAS (Satellite Navigation Augmentation System) – este dezvoltat de guvernul chinez și va deservi în special sistemul regional Beidou

SACCSA (Soluciόn de Aumentaciόn para Caribe, Centro y Sudamérica) – reprezintă o inițiativa de a îmbunătiți siguranța traficului aerian în regiunea Caraibe și America de Sud prin intermediul unui sistem SBAS.

Sistem SBAS în Malaezia

Sistem SBAS în Koreea

SISTEME SBAS GLOBALE

StarFire

StarFire este un sisteme SBAS cu acoperire globală dezvoltat de NavCom Technology, membră a grupului de companii John Deere. Deși conceput în special pentru aplicații din agricultură, sistemul oferă precizii centimetrice prin utilizarea unor tehnici care îmbunătățesc procesarea la nivelul receptorului. Că o particularitate a sistemul sunt folosite receptoare cu două frecvențe capabile a elimina influența ionosferei din diferențe de fază, astfel că dimensiunea mesajelor transmise către utilizatori era mai mică față de ce a sistemelor SBAS clasice.

Dezvoltarea sistemului a început în 1998 cu StarFire WTC(Wide Area Correction Transform) și un număr de 20 stații de referință răspândite în Europa, America, Australia și Africa echipate cu receptoare cu două frecvențe pentru rcepționarea semnalelor GPS. Stațiile transmit observațiile corectate de influența ionosferei către cele 2 centre de procesare situate în SUA denumite PROCESSING HUB unde are loc calculul corecțiilor. Centrele de procesare calculează câte un set de corecții pentru fiecare regiune care sunt distribuite utilizatorilor prin intermediul a trei sateliți geostaționari INMARSAT care împreuna au acoperire globală. Sistemul atinge o precizie de 30 centimetri .

Figura 42 Structura StarFire

accesat Iunie 2014

StarFire: A Global High Accuracy Differential GPS System

Următorul pas în dezvoltarea StarFire este reprezentat de colaborarea cu JPL Jet Propulsion Laboratory începuta în anul 2001.

Folosind sistemul RTG(Real Time GIPSY) care are la origine algoritmii dezvoltați de JPL pentru softul GIPSY-OASIS sunt calculate corecțiile de ceas ale sateliților și corecții ale efemeridelor pe baza observațiilor provenite de la rețeaua de stații de referință proprii a NavCom Technology și de la un grup de 23 de stații de referință ce fac parte din rețeaua GGN(GPS Ground Network) administrată de NASA.

Figura 43 Stații de referință StarFire (2001)

accesat Iunie 2014

StarFire: A Global High Accuracy Differential GPS System

În prezent sistemul StarFire este format dintr-un număr de 40 de stații de referință răspândite pe toate continentele mai puțin Antartica care permit monitorizarea oricărui satelit din cel puțin 5 stații de referință. Sistemul asigură corecții pentru sateliții NAVSTAR-GPS și GLONASS pe o zonă ce se întinde între 72°N și 75°S, oferind acoperire atât pe uscat cât și în larg .

StarFire GNSS oferă corecțiile atât prin intermediul a 6 sateliților geostaționari, cât și prin intermediul internetului având o disponibilitate de 99.999%, iar nivelul de precizie este impresionant atingând precizii de sub 5 cm .

Serviciul este oferit utilizatorilor care poseda receptoare compatibile StarFire, existând două niveluri de licențiere:

Land Only care acopera doar suprafețele de uscat

All Areas cu acoperire globală

Veripos și TerraStar

Compania Veripos a fost fondata în 1989 și furniza un serviciu convențional DGPS pentru utilizatori din Mare Nordului. Începând cu 2004 , începe extinderea rețelei de stații de referință, iar din 2005 Veripos asigură servicii complementare GPS la nivel global.

În 2012 este creat TerraStar, un sistem SBAS global care se adreseaza în special zonelor de uscat și zonelor lomitrofe țărmurilor. În prezent Veripos și subsidiara sa, TerraStar sunt membre ale grupului Hexagon.

Rețeaua de stații de referință numără peste 80 de stații dotate cu receptoare capabile să recepționeze semnale de la actualele sisteme GNSS, dar și de la cele aflate în curs de dezvoltare. Două centre de procesare situate în Aberdeen , respectiv Singapore asigură prelucrarea observațiilor, iar semnalele sunt difuzate către utilizatori prin intermediul a 7 dintre sateliții Inmarsat.

Figura 44 Sateliți Veripos

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.veripos.com/global-coverage.html]

Eliminare influenței ionosferei se face utilizând receptoare cu două fecvențe.

Veripos asigură următoarele servicii:

Veripos Standard – asigură corecții în format RTCM pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvența L1. Poate oferii precizie de aproximativ 1 m.

Veripos Standard2 –oferă aceleași servicii că și în varianta standard și în plus poate asigura corecții pentru sateliții GLONASS.

Veripos Ultra- asigura corecții pentru ceasurile sateliților și pentru orbitele sateliților în format propriu pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvențele L1 și L2 efectuate la nivelul stațiilor de referința ale JPL. Poate oferii precizie decimetrică fiind destinat tehnicii PPP(Precise Point Poritioning)

Veripos Ultra2–în plus poate asigura corecții și pentru sateliții GLONASS.

Veripos Apex – asigură corecții pentru ceasurile sateliților și pentru orbitele sateliților în format propriu pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvențele L1 și L2 efectuate la nivelul stațiilor proprii de referință. Poate oferii precizie decimetrică fiind destinat tehnicii PPP(Precise Point Poritioning)

Veripos Apex2–în plus poate asigura corecții și pentru sateliții GLONASS.

Veripos Axiom –combină tehnicile GNSS cu măsurătorile inerțiale pentru a asigura servicii de poziționare dinamica pentru vase.

OmniSTAR și STARFIX

OmniSTAR reprezintă un sistem SBAS global parte a grupului TRIMBLE. Sistemul are la bază o rețea de peste 100 de stații de referință și un număr de 8 sateliți geostaționari din care fac parte sateliți din constelația Inmarsat și sateliți MSAT(Mobile Satellites). Infrastructura sistemului Omnistar este împărțită cu sistemul STARFIX ce aparține companiei FUGRO care este dezvoltatorul ambelor sisteme. Dacă STARFIX oferă în special servicii pentru navigație în larg, OmniStar a fost realizat pentru a deservi cu precădere partea continentală.

Omnistar poate asigura corecții și prin intermediul Internetului folosind protocolului NTRIP.

Figura 45 Stații de referință OmniStar/STARFIX

accesat Iunie 2014 la adresa

[http://www.insidegnss.com/node/2516]

OmniSTAR oferă 4 tipuri de servicii:

OmniSTAR VBS – asigură corecții în format RTCM pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvența L1. Poate oferii precizie de sub 1 m.

OmniSTAR XP – asigură corecții pentru ceasurile sateliților și pentru orbitele sateliților pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvența L1 și L2 efectuate la nivelul stațiilor proprii de referință. Poate oferii precizie de până la 15 cm.

OmniSTAR G2 – asigură corecții pentru ceasurile sateliților și pentru orbitele satelițilo atât pentru sistemul GPS cât și pentru GLONASS pe baza măsurătorilor pe frecvența L1 și L2 efectuate la nivelul stațiilor proprii de referință. Poate oferii precizie de până la 10 cm.

OmniSTAR HP – asigură corecții pentru ceasurile sateliților și pentru orbitele sateliților pentru sistemul GPS pe baza măsurătorilor pe frecvența L1 și L2 efectuate la nivelul stațiilor proprii de referință. Poate oferii precizie de până la 10 cm.

STARFIX oferă utilizatorilor aceleași tipuri de servicii.