Einige Neuigkeiten von Galileo, dem europäischen Navigationssystem

Seit 2016 in Betrieb, aber bis heute noch unvollständig, was ist mit dem europäischen Navigationssystem Galileo passiert? Jean Maréchal, Manager des Navigations- und Lokalisierungsprogramms bei CNES, hat uns davon erzählt.

Wir neigen dazu, „GPS“ zu sagen, um über Navigationssysteme zu sprechen. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass sich hinter diesem Namen tatsächlich mehrere Konstellationen von Satelliten verbergen, die die korrekte Geolokalisierungsfunktion ermöglichen, einschließlich der Geschichte des amerikanischen GPS. Er fügte russisches Glonass, chinesisches Beidou (ehemals Compass) oder europäisches Galileo hinzu. Letzteres ist seit 2016 im Einsatz – aber noch im Einsatz -. Um herauszufinden, wo sein Einsatz ist, seine Anwendungen, aber auch seine zukünftigen Entwicklungen, haben wir mit Jean Maréchal gesprochen, der das Navigations- und Lokalisierungsprogramm bei der Nationales Zentrum für Weltraumforschung (CNES). ).

Ingenieuringenieur: Wo hat Galileo sich entwickelt?

Jean Marechal: Die Verbreitung von Galileo ist fast vorbei. Der nächste Start ist für den 2. Dezember 2021 geplant, dann zwei weitere im Jahr 2022. Jeder Start umfasst 2 Satelliten. Mit diesen drei Starts erhöht sich die Konstellation auf 24 Nennsatelliten und 4 redundante Satelliten im Orbit. Dieser letzte Satellit wird es durch die Vervollständigung der Konstellation ermöglichen, die Bereitstellung kostenloser öffentlicher Dienste bis Ende 2022 abzuschließen. Wir sind dem Ziel sehr nahe und werden für die Benutzer transparent sein …

Entsprechend der Konstellation wurde auch das im Feld implementierte System aktualisiert, um mehr Belastbarkeit zur Sicherstellung der Serviceverfügbarkeit zu bieten. Es besteht aus einem Netz von 16 Stationen weltweit, 2 Kontrollzentren in Italien und Deutschland sowie 2 Sicherheitszentren in Frankreich und Spanien. In einem Navigationssystem wie Galileo ist der Beitrag des Bodensegments entscheidend für die endgültige Leistung: Es synchronisiert alle Satelliten zwischen ihnen und berechnet ihre Umlaufbahnen innerhalb von 25 cm fast in Echtzeit.

Muss sich das Bordnavigationssystem an Galileo anpassen?

Ja, GNSS-Chips (für globale Navigationssatellitensysteme) – früher GPS-Chips – müssen kompatibel sein und Multikonstellationen aufweisen. Galileo erfordert eine gewisse Anzahl von Signalverarbeitungsoperationen, die sich von anderen Systemen dadurch unterscheiden, dass sie nicht auf die gleiche Weise kodiert sind. Galileo-Signale sind etwas effizienter und werden auf mehreren Frequenzen übertragen, von denen einige spezifisch für Galileo sind und die dekodiert werden müssen, um die Systemleistung voll ausnutzen zu können.

Galileo-Signale können mit GPS-Signalen und anderen Konstellationen betrieben werden. Sie teilen sich insbesondere zwei Frequenzen (L1-E1/L5-E5a) und sind gemischt. Aber um es zu verwechseln, gibt es einen bestimmten mathematischen Prozess. Die Signalunterscheidung erfolgt dann dank Zugriff per Code-Identifikation. Es ist einfacher: Der Receiver sucht unter anderem nach Signalen von jedem Satelliten, indem er eine Art Filter anwendet, der den Satellitencode verwendet. Mit vier Konstellationen können bei klarem Himmel bis zu dreißig Satelliten vom Empfänger parallel verfolgt werden.

Und wenn der Chip nicht für die Dekodierung von Galileo gebaut ist, können wir ihn nicht einfach aktualisieren. Es muss geändert werden. Aber heute integrieren alle Hersteller von Satellitenempfängern Galileo. Jedes High- oder Mid-Range-Telefon empfängt Signale aus den vier zum Standard gewordenen Konstellationen (GPS, Galileo, Glonass, Beidou).

Was sind die zukünftigen Entwicklungen?

Zu den zukünftigen Galileo-Diensten, die für die kommenden Jahre geplant sind, gehört ein Dienst für den kritischen Einsatz: die Authentifizierung, auch bekannt als OS-NMA, für Open Service Navigation Message Authentication. Wir werden in Galileis Botschaft eine Art Siegel haben, das beweist, dass wir nicht auf falsche Signale, sondern auf Galileo hören. Nützliche Zertifizierungen zur legalen Verwendung und zum Schutz vor „Betrug“. Dieser Dienst wird beispielsweise in künftige digitale Fahrtenschreiber, die den europäischen Vorschriften unterliegen, auf Lkw integriert werden. Sie sollten zumindest Galileo und seine Authentifizierungsfunktionen nutzen, sobald sie verfügbar sind. Dieser Service ermöglicht den Nachweis, dass der Lkw mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Zeit gefahren wurde. Und um Betrug bei diesen Informationen zu vermeiden, werden wir sie mit Galileo-Signalen authentifizieren. Was GPS nicht bietet. Die Tests laufen, der Service wird 2023 verfügbar sein.

Eine weitere Entwicklung ist die präzise Positionierung, die wir HAS für High Accuracy Service nennen und kostenlos sein werden. Heute sind wir einen Meter entfernt, aber bei autonomen Fahrzeugen beträgt die Zielgenauigkeit 20 cm oder noch weniger. Diese Präzision ermöglicht es beispielsweise, ein Fahrzeug auf seinem Weg zu finden. Die Arbeiten sind im Gange, die Funktion wird voraussichtlich 2023-24 eintreffen. Diese Funktion kann beispielsweise die Navigation halbautonomer Fahrzeuge auf einigen Autobahnen ergänzen. Die von teilautonomen Fahrzeugen verwendeten Sensoren sind derzeit hauptsächlich Kameras und Radare. Die Satellitennavigation wird mit diesen Sensoren hybridisieren, um zuverlässige und absolute Positionsinformationen bereitzustellen, dh sie werden direkt in Bezug auf die Karte berechnet.

Und schließlich bereiten wir einen Satelliten der zweiten Generation vor. Mit Airbus und Thals wurden in diesem Jahr zwei Großverträge unterzeichnet. Dieser neue Satellit, der dreimal so groß und viel flexibler ist, wird in der Lage sein, neue Signale zu senden, zum Beispiel Signale für das Internet der Dinge (IoT). Tatsächlich verbrauchen Navigationsempfänger viel Strom, um aktuelle Signale zu decodieren, was eine starke Einschränkung für IoT-Beacons darstellt. Deshalb haben wir ein neues grundlegendes und starkes Signal entwickelt, das in dieser zweiten Generation sein wird.

Welche Anwendungen gibt es?

Galileo wurde zuerst für die souveränen Bedürfnisse der Europäischen Union entwickelt. Also wirtschaftliche Souveränität, aber nicht nur. Einer der wichtigen Dienste ist auch das staatliche Regulierungssignal PRS für den öffentlich regulierten Dienst. Dieser Dienst, der komplizierter einzurichten ist als öffentliche Geolokalisierungsdienste, wird 2024 verfügbar sein. Er ist verschlüsselt und hochsicher. Dies ist nur für Regierungszwecke bestimmt und erfordert einen sehr speziellen Empfänger, der einen digitalen Schlüssel zum Entschlüsseln des Signals verwendet.

Weitere Anwendungen sind autonome Züge und neue Konzepte der Bahn-Geolokalisierung, Agrarrobotik und Präzisionslandwirtschaft. Letztere nutzt systematisch möglichst viele Konstellationen und wird künftig HAS nutzen. Es verwendet bereits einen zusätzlichen kostenpflichtigen Dienst, der Informationen zu GPS und Galileo hinzufügt, um mit einem sehr spezifischen Empfänger und einer hochwertigen Antenne, die auf mehreren Frequenzen funktioniert, eine genaue Position zu bestimmen. Dieser Empfänger kann komplexere Messungen durchführen, um eine Position in mehreren Zentimetern Entfernung zu haben.

Warum ist Präzision in der Landwirtschaft feiner? Ist es den zusätzlichen Sensoren zu verdanken?

Um eine hervorragende Präzision im Zentimeterbereich zu erreichen, verwenden wir nicht nur die im Signal codierte Nachricht (eine einfache Möglichkeit, Messungen mit einer Genauigkeit von ein oder zwei Metern durchzuführen), sondern auch den Messenger selbst. . Das heißt, eine genauere zweite Messung wird an der Sinuswelle durchgeführt, die die Informationen trägt. Dies wird Phasenmessung genannt.

Es ist jedoch schwierig, es zu verwenden, da diese Messung mit Unsicherheiten behaftet ist: Sie wird auf einem Sinuswellenzyklus durchgeführt, aber wir wissen nicht, welcher! Durch den Empfang von Korrekturen, die von komplementären Systemen wie RTK (Echtzeitkinematik) oder PPP (Präzise Positionierung) übertragen werden, gelingt es dem Empfänger, mehrdeutige Punkte zu eliminieren, um nur einen sehr genau zu halten. Dies kann je nach verwendeter Technologie und Preis des Dienstes sofort erfolgen oder einige Minuten dauern.

Diese Technologie eignet sich besonders für die Landwirtschaft, da der Satellitenempfang am Traktor von guter Qualität und unterbrechungsfrei ist. Mit dem Auto ist es komplizierter, da das Signal manchmal durch Brücken, Gebäude oder Tunnel blockiert wird. Aus diesem Grund werden Informationen von Satellitennavigationsempfängern mit Informationen von anderen, sehr unterschiedlichen und sich ergänzenden Sensoren vermischt. Diese hybridisierte Ortungsfunktion ermöglicht es Ihnen, immer zu wissen, wo Sie sich gerade befinden und dank Satellitennavigation Ihre Position in absoluten Referenzwerten regelmäßig neu zu justieren.

Um die HAS-Messungen von Galileo korrekt verwenden zu können, muss diese Technik ebenfalls angewendet werden.

Adelmar Fabian

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