EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) - budowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, Komisję Europejską i EUROCONTROL europejski system satelitarny wspomagający systemy GPS i GLONASS, a w przyszłości Galileo.
Głównym celem działania systemu EGNOS jest dostarczanie informacji "ulepszających" dane generowane przez systemy globalnej nawigacji satelitarnej. Dzięki funkcjonowaniu EGNOS zdecydowanej poprawie ulegają podstawowe parametry nawigacyjne systemów GPS i GLONASS, tj. dokładność, czyli zdolność systemu do określania pozycji mierzonego obiektu w granicach dopuszczalnego błędu systemu z prawdopodobieństwem 95%, wiarygodność, która określa poziom zaufania do dostarczanej przez system informacji, ciągłość, czyli zdolność systemu (satelitów) do nieprzerwanej pracy podczas całego swojego przelotu nad horyzontem użytkownika i dostępność określaną jako prawdopodobieństwo pełnienia usług nawigacyjnych w dowolnym momencie.
Pełna operacyjność systemu została osiągnięta w październiku 2009 r.
EGNOS został zaprojektowany tak, aby zapewnić nieprzerwaną ciągłość działania przez najbliższych kilkanaście lat, wspomagać działania systemów GPS i GLONASS, a w przyszłości stać się także elementem globalnego systemu nawigacji satelitarnej Galileo. Jego architektura, której elementy rozmieszczone są po całej Europie składa się z czterech następujących segmentów:
- kosmicznego (przestrzennego),
- naziemnego (kontroli),
- użytkownika
- infrastruktury wspierającej.
Segment kosmiczny EGNOS'a składa się z trzech satelitów
geostacjonarnych: Inmartsat III AOR-E (Atlantic Ocean Region - East -
15,5°W) (PRN 120), Inmartsat III IOR-W (Indian Ocean Region - West
-25°E) (PRN 126) oraz ESA Artemis (Advanced Relay Technology Mission -
21,5°E) (PRN 124), który jest telekomunikacyjnym satelitą należącym do
Europejskiej Agencji Kosmicznej (European Space Agency). Do segmentu
kosmicznego należy także zaliczyć konstelacje satelitarnych systemów
nawigacyjnych GPS i GLONASS.
Zadaniem satelitów geostacjonarnych jest transmitowanie za pomocą
specjalnych transponderów pokładowych, sygnałów zbliżonych swoją
postacią do tych emitowanych przez satelity GPS. Ich kodowanie jest
jednak tak dobrane by pomimo tej samej częstotliwości L1 współczynnik
korelacji z sygnałami systemu GPS był jak najmniejszy, a tym samym
powodował jak najmniejsze ich degradacje. Przesyłane wiadomości
zawierają poprawki różnicowe ulepszające obserwacje GPS i GLONASS
zwiększając dokładność ich pracy. Zawierają także dane dotyczące
wiarygodności ich działania, jak również informują i alarmują
użytkownika w ciągu kilku sekund o pojawieniu się błędów oraz wynikłych
w czasie transmisji defektach.
Segment naziemny, który składa się z sieci 34 stacji referencyjnych RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), zespołu 4 stacji kontroli MCC (Mission Control Centers) oraz grupy 6 stacji NLES (Navigation Land Earth Stations). Dopełnieniem segmentu kontroli jest sieć komunikacyjna EWAN (EGNOS Wide Area Communications Network), która odpowiada za łączność pomiędzy wszystkimi elementami naziemnej części systemu.
Stacje RIMS wykorzystywane są do ciągłego śledzenia i monitorowania konstelacji satelitów GPS, GLONASS oraz satelitów geostacjonarnych. Odbierają one sygnały z wszystkich satelitów i wykonują między innymi pomiary pseudoodległości metodą kodową, prowadzą pomiary fazowe, określają sygnał SIS (Signal In Space), przyczyniają się do zmniejszania błędu wielodrożności i redukcji zakłóceń sygnału oraz określają różnice pomiędzy skalą czasu odniesienia (UTC), a czasem systemu EGNOS (ENT -EGNOS Network Time). Następnie przesyłają w skompresowanej postaci zebrane dane do centralnej stacji kontroli MCC, gdzie trafiają do "mózgu całego systemu", czyli centrum obliczeniowego CPF (Central Processing Facility). Obliczone tu dane są z kolei przesyłane za pośrednictwem sieci EWAN do stacji telemetrycznych posiadających łączność z satelitami systemu. Wygenerowane w naziemnych centrach obliczeniowych poprawki są za pośrednictwem wspomnianych stacji NLES wysyłane do satelitów geostacjonarnych. W ten sposób drogą satelitarną trafiają do użytkownika, jak również są odbierane przez stacje RIMS tworząc zamknięty obwód obiegu informacji.
Stacje RIMS rozmieszczone są równomiernie na terenie całej Europy i
charakteryzują się bardzo dokładną znajomością swojego położenia.
Wszystkie z nich wyposażone są w wysokiej klasy odbiorniki GPS i
GLONASS.
Wyróżniamy trzy rodzaje stacji RIMS - EGNOS:
- A - odpowiadają za dostarczanie poprawek,
- B - służą do określania zgodności wiadomości nawigacyjnych oraz
- C - ich zadaniem jest wykrywanie nieprawidłowości w sygnałach GPS.
Jednym z podstawowych działalności stacji jest także zapewnianie precyzyjnej skali czasu dla systemu EGNOS. Zadanie to wykonywane jest dzięki zintegrowanym w obudowie RIMS A zegarom atomowym. (W Paryżu znajduje się jedna stacja posiadająca tylko kanał A. Jest ona przeznaczona do precyzyjnej dystrybucji przesunięcia czasu w stosunku do skali UTC).
Stacje kontroli MCC są zespołem czterech centralnych stacji systemu.
Przetwarzają one dane zbierane przez stacje RIMS, wykorzystując je do
monitorowania i kontrolowania działania systemu. W stacjach tych
generowane są poprawki EGNOS WAD, obliczane są parametry ruchu
satelitów geostacjonarnych, a także archiwizowane są wszystkie dane
dotyczące funkcjonalności EGNOS. Tworzone tu poprawki WAD przyczyniają
się do zwiększania dokładności określania pozycji z około 20 metrów
(GPS) do 1-2 metrów. W centrach kontroli sprawdzana jest również jakość
danych przekazywanych użytkownikom tzn. określana jest wiarygodność
(ang. integrity) emitowanych sygnałów.
Stacje MCC składają się z dwóch modułów. Jednym z nich jest Central
Processing Facility, który odpowiada za dostarczanie poprawek WAD,
zapewnienie informacji dotyczącej wiarygodności systemu oraz
sprawdzanie generowanych poprawek poprzez wykorzystywanie niezależnych
kanałów stacji RIMS. Drugim elementem składowym centralnej stacji
kontroli jest CCF - Central Control Facility, który odpowiada za
monitorowanie i kontrolowanie naziemnych elementów EGNOS?a oraz
monitorowanie całości funkcjonowania systemu wraz z archiwizacją
wszystkich danych dotyczących jego działania.
Stacje MCC rozmieszczone są w Ciampino (Włochy), Gatwick (Wielka
Brytania), Longan (Dania) i Torrejon (Hiszpania). Jednak w danej chwili
aktywna i operacyjna jest tylko jedna stacja. Pozostałe są uśpione, ale
w pełni gotowe do działania, gdyby w funkcjonowaniu tej aktywnej
pojawiły się jakiekolwiek problemy.
Zespół sześciu stacji NLES odpowiedzialny jest za łączność z
satelitami geostacjonarnymi. Po dwie z nich przydzielone są do każdego
satelity geostacjonarnego, z czego jedna jest aktywna, a druga
rezerwowa (in hot backup). W ramach swojej działalności stacje NLES
przesyłają do satelitów GEO wygenerowany w centrach kontroli sygnał
nawigacyjny na częstotliwości amerykańskiego systemu GPS - L1,
zmodyfikowany jednak za sprawą modulacji kodu. Te telemetryczne stacje
przekazują do satelitów znajdujących się na orbicie geostacjonarnej
także wiadomości GIC (Geostationary Integrity Chanel) i WAD,
odpowiadają za synchronizację sygnału do czasu systemu EGNOS - ENT oraz
kontrolują spójność kodową i fazową.
Stacje te znajdują się w Torrejon (Hiszpania), Fucino (Włochy),
Aussaguel (Francja), Raisting (Niemcy), Goonhilly (Wielka Brytania) i w
Sintrze (Portugalia).
Segment użytkowników
został tak zaprojektowany, aby zaspokoić wymagania międzynarodowej
organizacji lotnictwa cywilnego ICAO, dzięki czemu spełnia
automatycznie również mniej restrykcyjne wymagania stawiane przez
użytkowników morskich, drogowych czy kolejowych.
Elementami tego segment są odbiorniki mające możliwość odbierania
sygnałów EGNOS, transmitowanych z satelitów geostacjonarnych, których w
danej chwili użytkownik powinien być w stanie obserwować minimum dwa.
Zadaniem tych odbiorników jest przetwarzanie napływających z segmentu
kosmicznego informacji i wyznaczanie na ich podstawie pozycji
użytkownika. Sprzęt ten określa także wiarygodność napływających
sygnałów, która stanowi kluczowy element systemu.
Segment infrastruktury wspierającej wspomaga
rozwój oraz działanie EGNOS. Składa się on z dwóch elementów. Pierwszy
z nich nosi nazwę ASQF (Application Specific Qualification Facility) i
znajduje się w Torrejon (Hiszpania), natomiast drugi nazywa się PACF
(Performance Assessment and System Checkout Facility) i jest usytuowana
w Touluse (Francja).
ASQF jest odpowiedzialne za zabezpieczanie środków technicznych
niezbędnych do zatwierdzania aplikacji opartych na systemie EGNOS oraz
ich analizy. PACF jest z kolei ośrodkiem zapewniającym wsparcie
techniczno - inżynieryjne, składające się z zespołu kilku stacji
roboczych zespolonych lokalną siecią komunikacyjną. W ramach swojej
działalności, odpowiadającej za sprawne funkcjonowanie systemu, stacje
PACF analizują i testują wydajności systemu, analizują sytuacje, w
których wystąpiły błędy w działaniu EGNOS'a oraz szukają ich przyczyn.
Prowadzą także ciągłą kontrolę konfiguracji systemu, zajmują się jej
konserwacją oraz określają procedury postępowania operacyjnego. Oprócz
tego jednostka PACF zajmuje się również archiwizowaniem danych
systemowych.
Sygnały pochodzące z satelitów geostacjonarnych są tak zdefiniowane by mogły być bezpiecznie stosowane w lotnictwie, żegludze czy transporcie drogowym. Jednak na terenach mocno zurbanizowanych mogą one ulegać pewnym degradacjom. Przeszkody terenowe występujące na drodze rozchodzącego się sygnału mogą powodować błędne działanie systemu. W celu uniknięcia takich problemów Europejska Agencja Kosmiczna przygotowała program SISNET (Signal in Space trough the Internet), polegający na przesyłaniu wiadomości - poprawek za pośrednictwem Internetu. Głównym celem tego programu jest udostępnianie wiadomości systemu EGNOS, wykorzystując połączenia radiowe (np. GSM) z Internetem. Jest to obecnie bardzo prężnie rozwijany projekt, który pozwoli każdemu użytkownikowi w dowolnej chwili uzyskać poprawki do wyznaczeń swej pozycji, czy parametrów swego ruchu za pośrednictwem sieci internetowej.
System wspomagania satelitarnego EGNOS, dzięki zwiększeniu
efektywności pracy GPS i GLONASS, przyczyni się do zwiększenia
wachlarza zastosowań nawigacji satelitarnej. Poza typowymi zadaniami
jak nawigacja czy pomiary geodezyjne coraz większą popularnością cieszy
się ona w turystyce (wspinaczka górska, żeglarstwo), rybołówstwie czy
rolnictwie. Z dnia na dzień znajduje zastosowanie w coraz to nowszych
dziedzinach życia.
Technologia kosmiczna pełni już obecnie kluczową rolę w
maksymalizowaniu bezpieczeństwa w transporcie ludzi jak i towarów.
Dlatego tez głównym użytkownikiem systemu będzie sektor usług
transportowych. Działanie systemu wpłynie na transport drogowy,
kolejowy, czy żeglugę śródlądową. Polepszy koordynację ruchu i
bezpieczeństwo. Pozytywnie wpłynie także na funkcjonowanie służb
porządkowych, policji, służby zdrowia, komunikacji miejskiej, taksówek,
firm przewozowych czy turystów, dla których znajomość pozycji i
parametrów ruchu jest także bardzo ważną informacją. Poza aspektem
bezpieczeństwa EGNOS będzie również wspierał zarządzanie pewnymi
operacjami w transporcie. Pozwoli na dokładne określanie czasu
dostarczania przesyłek jak również wpłynie na poprawę obsługi klienta,
dzięki możliwość informowania go o ewentualnych opóźnieniach i ich
powodach.
W sektorze powietrznym umożliwi latanie bez uwzględniania tuneli
powietrznych. Zapewni redukcję czasu lotu, jak i zużycia paliwa, a tym
samym zmniejszenie zanieczyszczeń powietrza. Pozwoli na pewniejsze
wykonywanie manewrów lądowania niezależnie od warunków pogodowych,
redukując występujące opóźnienia, odwołania lotów czy lądowania na
lotniskach alternatywnych. Zwiększy przepustowość pasów startowych, a
także bezpieczeństwo na lotniskach i lądowiskach. Ponadto ułatwi
naziemnej kontroli lotów obsługę zwiększającego się ciągle ruchu
lotniczego, redukując jednocześnie infrastrukturę naziemną.
W sektorze morskim ułatwi nawigację, zarządzanie i administrowanie
ruchem statków, wykonywanie manewrów portowych, analizowanie wypadków i
katastrof, eksplorację i eksploatację dna morskiego jak również
prowadzenie połowów.
W transporcie naziemnym przyczyni się do optymalizacji szlaków
drogowych i ich większej kontroli. Pozwoli na dokładne administrowanie
pojazdów poprzez ich ciągłe śledzenie i precyzyjne rejestrowanie ich
pozycji. Pomoże w lokalizacji pojazdów skradzionych czy w przekazywaniu
informacji turystycznych.
W transporcie kolejowym, korzyści jakie niesie ze sobą wprowadzenie
systemu, związane jest przede wszystkim z oszczędnościami finansowymi
właścicieli linii kolejowych. Dzięki systemowi nie będzie bowiem
konieczności zbędnego okablowywania torów. Usprawnione zostaną
przejazdy kolei, jak również skróceniu ulegnie czas oczekiwania na
przejazdach kolejowych. Ograniczona zostanie także ilość sytuacji
niebezpiecznych, a przede wszystkim ilość wypadków.
Poza zastosowaniami określania pozycji i parametrów ruchu EGNOS zapewni także globalną, stabilną (na poziomie kilku nanosekund względem uniwersalnego czasu koordynowanego UTC) skalę odniesienia czasu. Dzięki temu, potrzebujące precyzyjnego układu odniesienia w czasie, sieci komputerowe i telekomunikacyjne znajdujące się na całym świecie otrzymają źródło wiarygodnego i maksymalnie dokładnego standardu czasu. Przyczyni się to do lepszej ich synchronizacji, a wraz z serwisami GSM i UMTS do powstania wielu nowych usług.
Na przestrzeni najbliższych kilkunastu lat system EGNOS przyczyni
się do zdecydowanego rozwoju technologicznego i ekonomicznego nie tylko
gospodarki europejskiej, ale również i światowej. Dzięki polepszeniu
efektywności swego działania i wiarygodności funkcjonowania będzie mógł
w momencie osiągnięcia pełnej operacyjności (według zapewnień
przedstawicieli Europejskiej Agencji Kosmicznej powinno to nastąpić na
początku roku 2006) być z powodzeniem wykorzystywany w aplikacjach
związanych z bezpieczeństwem życia, zwiększając tym samym asortyment
swoich usług. W przypadku EGNOS'a operatorzy systemu biorą bowiem pełną
odpowiedzialność za jakość jego działania. Po uzyskaniu odpowiednich
certyfikatów będzie mógł być stosowany w tzw. zastosowaniach
krytycznych (ang. critical applications), w których pewność
uzyskiwanych informacji jest najważniejsza.
Przewiduje się, że EGNOS przyniesie znaczące postępy w jakości,
wydajności i bezpieczeństwie usług. Zaoferuje również wiele nowych
zastosowań rozbudowując potencjalny rynek nawigacji satelitarnej, który
według szacunków ma osiągnąć około 50 mld - w ciągu kilkunastu lat.
Kwota ta może ulec jeszcze zwiększeniu, szczególnie że w roku 2004 Rada
Unii Europejskiej podjęła ostateczna decyzję o włączeniu systemu EGNOS
do struktur powstającego globalnego systemu nawigacji satelitarnej
Galileo.
źródło: Punkt Informacyjny Galileo
