Prezentacja programu PowerPointWspółczesne systemy nawigacji satelitarnej GPS jest najbardziej...
Transcript of Prezentacja programu PowerPointWspółczesne systemy nawigacji satelitarnej GPS jest najbardziej...
Nawigacja satelitarna
Warszawa, 17 lutego 2015
Udział systemów nawigacji w wybranych działach gospodarki - aspekty
bezpieczeństwa i ekonomiczne efekty
Ewa Dyner Jelonkiewicz
Tel.607459637
AGTES S.A.
Mangalia 4, 02-758 Warszawa
www.agtes.com.pl
Wstęp
Wbrew powszechnemu przekonaniu coś takiego jak globalny system
lokalizacji i łączności nie istnieje.
• Wiele z systemów używa w nazwie globalny ale nie ma to nic wspólnego z rzeczywistością.
• Zbudowanie globalnego systemu działającego w czasie rzeczywistym dającego 100%
pokrycia powierzchni globu z zapewnieniem w czasie rzeczywistym próbkowania
interesujących nas wielkości, choć technicznie możliwe, nie byłoby ekonomicznie zasadne.
Żaden z istniejących systemów administracyjnych nie byłby w stanie sprawnie zarządzać
tak wielką ilością pozyskanych danych oraz zapewnić niezakłócony przepływ tych danych
drogą elektroniczną.
• Buduje się więc systemy ograniczone, silnie zorientowane zadaniowo i zapewnia przepływ
informacji do adresatów.
• Organizacje administracji narodowych i ponadnarodowych oraz instytucje komercyjne
zarządzają informacjami pozyskiwanymi z systemów. Aktualny stan techniki pozwala na
zbudowanie każdego systemu kontrolującego interesujące nas zjawiska w ramach
dostępnych osiągnięć technologicznych.
• Trzeba pamiętać, że zawsze w każdym systemie współdziałają ze sobą systemy nawigacji,
lokalizacji, łączności i szeroko rozumianej metrologii.
• Dla osiągnięcia zamierzonych efektów bardzo ważnym jest prawidłowe określenie potrzeb i
właściwy dobór środków technicznych.
• Istotne jest aby na etapie projektowania systemu przewidzieć zadania, jakie ma spełniać i
nie obciążać go nadmiarowo dodatkowo nadmiarowymi funkcjami
Narzędziami do realizacji systemów są systemy satelitarne i naziemne.
• Narzędziami do realizacji systemów są systemy satelitarne i naziemne.
• Poniższy rysynek przedstawia usytuowanie wysokości orbit satelitów co ma istotne znaczenie dla
zasięgu i dokładności w systemach.
Orbity
• LEO (Low Earth Orbit) to orbity znajdujące się na wysokości od 500 do 2000 km ponad
Ziemią.
• MEO (Medium Earth Orbit) – orbity znajdujące się na od 8 do 12 tys. km. wysokości nad
powierzchnią Ziemi.
• GEO (Geostationary orbit) to orbity o wysokości 35 786 km nad płaszczyzną równikową.
Precyzyjne umieszczenie satelity na takiej orbicie sprawia, iż ma on prędkość kątową
równą prędkości kątowej obracającej się Ziemi.
• HEO (Highly Eliptical Orbit) - orbity charakteryzujące się kształtem wyraźnie eliptycznym.
Ich perygeum wynosi około 500 km, apogeum natomiast nawet 50 tys. km.
Rodzaj orbity
Wysokość orbity [km]
Ilość satelitów wymagana do
pełnego pokrycia powierzchni
Ziemi
Opóźnienie transmitowanego
sygnału [ms]
Przykładowe systemy
działające na poszczególnych
orbitach
GEO 35 786 3-4 600-800 VSAT, Inmarsat
HEO 500-50000 2-10 do 500
LEO 500-2000 kilkadziesiąt (ok.
40) 50
Globalstar, Teledesic
MEO 8000-12000 10-15 150 Orblink
Podział funkcjonalny satelitów
Nawigacja satelitarna Nawigacja satelitarna to gałąź nawigacji, wykorzystująca wysyłane przez
sztuczne satelity fale radiowe w celu wyznaczania aktualnej pozycji
użytkownika na ziemi.
• Pierwszym w swym założeniu globalnym systemem nawigacji
satelitarnej był TRANSIT. Satelity umieszczane były na
okołobiegunowych orbitach LEO około 1100 km ponad Ziemią. Czas
pełnego obiegu wokół Ziemi mieścił się w granicach 120 minut. W celu
zapewnienia pełnego pokrycia powierzchni Ziemi przez system
konieczna była współpraca przynajmniej pięciu satelitów. Z uwagi na
swoje liczne wady i niedoskonałości system Transit zakończył
działalność w roku 1996 i został ostatecznie zastąpiony przez GPS.
• Pierwszym radzieckim globalnym systemem nawigacji satelitarnej był
CYKLON. Jego założenia pod względem funkcjonalnym opracowane
zostały w latach 50-tych XX wieku. W związku z opracowaniem i
eksploatacją systemu CYKLON wykonano 31 startów w latach od 1967
do 1978.
Współczesne systemy nawigacji satelitarnej
GPS jest najbardziej rozpoznawalnym i najpowszechniej wykorzystywanym obecnie systemem
nawigacji satelitarnej. Funkcjonuje jako jeden z systemów nawigacji satelitarnej obejmujących
swoim zasięgiem całą kulę ziemską. Jest on owocem prac Departamentu Obrony Stanów
Zjednoczonych. Na system GPS składają się trzy segmenty:
• segment kosmiczny – zespół 31 satelitów umieszczonych na średniej orbicie
okołoziemskiej;
• segment naziemny - stacje kontrolne i monitorujące umieszczone na Ziemi
• segment użytkownika – wyposażeni w odbiorniki użytkownicy systemu
Rosyjskim odpowiednikiem systemu GPS jest GLONASS - system nawigacji satelitarnej o
zasięgu globalnym. Rozpoczęcie budowy systemu GLONASS miało miejsce 1
grudnia 1976 w ZSRR. Założeniem systemu było równomierne rozmieszczenie na trzech
okołoziemskich orbitach w sumie 24 satelitów . Liczbę tą osiągnięto po raz pierwszy pod
koniec roku 1995. Ze względu na niższą od zakładanej żywotność satelitów (przeciętnie 3 lata)
oraz niestabilność ekonomiczną Rosji pod koniec XX wieku, liczba ta w roku 2001 osiągnęła
zaledwie 6 sprawnych satelitów. . Ponowne osiągnięcie pełnej funkcjonalności przez system
GLONASS nastąpiło w dniu 8 grudnia 2011 roku.
Współczesne systemy nawigacji satelitarnej –
c.d. • Francuskim systemem nawigacji satelitarnej jest oparty na zjawisku Dopplera
DORIS. Jedną z jego głównych właściwości jest bardzo precyzyjne określanie
orbit satelitów. Jest on także zaawansowanym systemem wyznaczania pozycji.
Stosuje się go w satelitach altymetrycznych i teledetekcyjnych, więc
wykorzystywany jest do wyznaczania wielkości topograficznych m.in. badając
stan wód na powierzchni Ziemi i pola sił ciężkości. System jest źródłem
informacji niezbędnych do badań w dziedzinie m.in. geodezji i geofizyki.
• Chińskim satelitarnym systemem nawigacyjnym, tymczasowo obejmującym
swym zasięgiem jedynie obszar Azji jest Beidou (Wielka Niedźwiedzica).
Planowany jest on finalnie jako system globalny. Aktualnie eksploatowanym
systemem jest Beidou-2 w skład którego wchodzi obecnie 16 satelitów.
Pierwszy satelita tworzący szkielet systemu wystrzelony został w 2007 roku.
System ten docelowo będzie składał się z 35 satelitów geostacjonarnych
rozmieszczonych na średniej wysokości orbitach. Udostępniona użytkownikom
komercyjnym dokładność wyznaczania pozycji ma wynosić w przybliżeniu 10
metrów, a pomiar prędkości ma być prowadzony z dokładnością do 0,2 m/s.
Według zapewnień chińskich władz Beidou pełną funkcjonalność ma osiągnąć
w 2020 roku.
Współczesne systemy nawigacji satelitarnej –c.d.
• Budowany przez Unię Europejską pod nazwą GALILEO globalny system nawigacji
satelitarnej ma być w swym zamyśle konkurencją dla dwóch najlepiej obecnie
funkcjonujących systemów: GPS i GLONASS. W przeciwieństwie do pozostałych jest
przewidziany głównie do zastosowań cywilnych . Ma on na celu zapewnienie lepszej
jakości i dokładności danych dotyczących lokalizacji i czasu. System świadczył będzie
szereg wymienionych usług:
Usługa ogólnodostępna (Open Service) – darmowe, ogólnodostępne wyznaczanie
czasu i pozycji.
Usługa bezpieczeństwa życia (Safety of Life Service) – darmowa usługa
wspomagająca ratowanie życia na wodzie i w powietrzu.
Usługa komercyjna (Commercial Service) – płatne wyznaczanie czasu i pozycji o
zwiększonej dokładności.
Usługa publiczna o regulowanym dostępie (Public Regulated Service PRS) –
umożliwia precyzyjne, szyfrowane wyznaczanie lokalizacji i czasu, z użyciem środków
gwarantujących ciągłość usługi. Usługa dedykowana głównie organom administracji
publicznej.
Usługa poszukiwania i ratowania (Search and Rescue Service) – umożliwia precyzyjną
lokalizację niebezpieczeństwa z użyciem komunikacji dwustronnej pomiędzy
użytkownikiem a stacją operatora usługi.
Wyznaczanie pozycji
• Do podziału metod nawigacji przyjęto dwa podstawowe kryteria: kryterium aktywności i
kryterium przebiegu sygnału. Wyróżnia się systemy jednokierunkowe typu uplink (Ziemia -
kosmos) oraz downlink (kosmos- Ziemia) oraz systemy dwukierunkowe. Systemy aktywne
wymagają od użytkownika wysyłania sygnałów, systemy pasywne natomiast jedynie jego
odbioru. Trzy największe systemy mające tworzyć GNSS ( GPS, GLONASS , Galileo) mają
charakter pasywny jednokierunkowy (użytkownik odbiera jedynie sygnał pochodzący z
kosmosu). Zasadą, na której opiera się funkcjonowanie nawigacji satelitarnej jest wiedza
na temat odległości pomiędzy odbiornikiem, a satelitą znajdującym się na orbicie
okołoziemskiej. W celu wyznaczenia pozycji użytkownika konieczna jest znajomość
odległości między jego odbiornikiem, a przynajmniej trzema satelitami.
• Znając odległość pomiędzy jednym satelitą, a użytkownikiem możemy jedynie stwierdzić,
że jego odbiornik jest w miejscu umieszczonym na powierzchni sfery, której promień
równy jest tej odległości.
• Znając natomiast odległość pomiędzy dwoma satelitami, a użytkownikiem możemy
określić, że użytkownik jest na okręgu, tworzonym przez dwie nachodzące na siebie sfery o
promieniach równych dystansowi pomiędzy użytkownikiem, a satelitami tworzącymi ten
system.
Obszary wykorzystania nawigacji satelitarnej
• Transport lotniczy
• Transport morski i rybołówstwo
• Transport lądowy
• Rolnictwo
• Ekologia
• Geodezja
• Kartografia
• Geologia
• Medycyna
• Ratownictwo
• Gospodarka przestrzenna
• Meteorologia
• Usługi pocztowe i cargo
• Bezpieczeństwo publiczne i personalne
• Wojsko, służby mundurowe
• Administracja
Działanie systemów nawigacyjnych w transporcie morskim i powietrznym jest powszechnie zrozumiałe.
Wykorzystanie nawigacji satelitarnej w dziale transportu lądowego dynamicznie zmienia się wraz z rozwojem
techniki.
TRANSORT LĄDOWY
• Systemy nawigacji pojazdów
• Systemy kontroli flot pojazdów
Systemy te kontrolują parametry eksploatacji pojazdów z wspomagają zarządzanie flotami.
• Systemy antykradzieżowe śledzenia pojazdów
• Kontrola ruchu w aglomeracjach Informacja o korkach ulicznych
ROLNICTWO
• Używanie maszyn rolniczych z nawigacja pozwalających na kontrolę precyzji prac
polowych
• Informacje Meteorologiczne
• Monitorowanie stanu upraw m.in. na potrzeby administracji (dopłaty rolne)
EKOLOGIA
• Wykrywanie i lokalizacja wycieków
• Kontrola emisji gazów
• Kontrola populacji szkodników
• Monitorowanie równowagi ekosystemów
GEODEZJA i KARTOGRAFIA
• Usprawnienie sporządzania map cyfrowych na podstawie danych z systemów
kosmicznych zrewolucjonizowało aktualną geodezję i kartografie.
• Kontrola procesów budowlanych
• Kontrola budynków wysokościowych (stały monitoring odchyleń)
GEOLOGIA
• Śledzenie zjawisk zachodzących w skorupie ziemskiej np. wulkanów, przewidywanie
kataklizmów na podstawie obserwacji skorupy ziemskiej
MEDYCYNA
• Dynamicznie rozwijająca się medycyna na odległość.
• Zarządzanie flotami transportu
RATOWNICTWO
GOSPODARKA PRZESTRZENNA
• Badanie zawartości różnych substancji w atmosferze
• Wyznaczanie terenów zalewowych
• Przewidywanie powodzi i innych klęsk żywiołowych
METEOROLOGIA
• Dziedzina głównie zarządza Europejska organizacja Eksploatacji Satelitów
meteorologicznych EUMETSAT
Z osiągnięć meteorologii szeroko
korzystają: rolnictwo, transport i
gospodarka przestrzenna
USŁUGI POCZTOWE I CARGO
BEZPIECZEŃSTWO PUBLICZNE I PERSONALNE
WOJSKO I SŁUŻBY MUNDUROWE
Podsumowanie
• Udział systemów nawigacyjnych ma miejsce
we wszystkich gałęziach gospodarki
• Szereg programów Unii Europejskiej poprzez
agendy zajmujące się różnymi gałęziami
gospodarki stymuluje rozwój i zwiększenie
efektywności ekonomicznej podmiotów
gospodarczych
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ