Пути развития спутниковой навигации на 2020 год: Galileo движется вперед

Система Galileo предоставляет первичные услуги координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО) и поисково-спасательные услуги в глобальном масштабе с декабря 2016 года. В октябре Европейское агентство по ГНСС опубликовало Обзор рынка ГНСС в 2019 году, где представлен исчерпывающий анализ текущего состояния и трендов мирового рынка услуг ГНСС с особым вниманием к услугам и применению европейских ГНСС (Galileo и Европейская геостационарная служба навигационного покрытия EGNOS).

Одновременно с предоставлением услуг, в рамках программы Galileo проводятся масштабные мероприятия по развитию и развертыванию объектов инфраструктуры в целях ввода системы в штатную эксплуатацию, что предполагает внедрение в нее новых сервисных возможностей, но прежде всего направлено на повышение помехоустойчивости и надежности системной инфраструктуры, её эксплуатации и предоставления услуг.

Качество сигнала системы Galileo стабильно росло за последние несколько лет, достигнув в 2019 году наименьшей зафиксированной погрешности измерения дальности – примерно 0,25 метра (при 95% вероятности, медианное значение при глобальном покрытии, рисунок 1). Это было достигнуто сочетанием нескольких факторов, включая увеличение количества КА, используемых по целевому назначению, модернизацию наземного комплекса управления (НКУ) и увеличение частоты закладки данных навигационных сообщений (снижение «возраста» эфемеридных данных). Данные результаты хорошо вписываются в целевые показатели точности, приведенные в стандарте открытого сервиса системы Galileo (OS SDD).

Рисунок 1. График изменения погрешности измерения дальности (SISE) при усредненной орбитальной группировке

На рисунках 2 и 3 приведены графики значений погрешности передачи шкалы времени UTC с помощью сигналов Galileo и погрешности передаваемой поправки между шкалами времени GPS и Galileo (GGTO). Их расчет производился на основе данных, полученных откалиброванными приемниками в лабораториях Государственного физико-технического института Германии (PTB) и Национального института метрологических исследований Италии (INRIM). Целевые показатели по значениям расхождений шкал времени полностью выполнены.

Рисунок 2. Погрешность передачи шкалы времени UTC с помощью сигналов Galileo

Рисунок 3. Погрешность передаваемой поправки GGTO

 

Возможно, самым значительным отличием системы Galileo от других ГНСС является способность всех спутников, находящихся в штатном режиме эксплуатации, к трансляции сигналов в диапазонах E1, E6 и E5. Как было показано на проведенных в июне 2019 года измерениях, точность местоопределения с помощью сигналов системы Galileo составляет менее 2 м (при 95% вероятности).

В целях дальнейшего улучшения характеристик открытой услуги в навигационном сообщении сигнала E1 Galileo типа I/NAV будут передаваться дополнительные параметры, а именно корректирующий код Рида-Соломона FEC2 для частотно-временного и эфемеридного обеспечения (CED), сокращенное CED и вторичный алгоритм синхронизации (SSP). Таким образом, открытая услуга Galileo станет еще надежнее с точки зрения приема навигационного сообщения в сложных условиях в дополнение к снижению времени до первого местоопределения. Данные параметры для сигнала E1 Galileo типа I/NAV обратно совместимы с ранее опубликованными интерфейсными контрольными документами на открытые сигналы системы Galileo.

Кроме того, в данный момент инфраструктура системы Galileo модернизируется в целях обеспечения возможности аутентификации при предоставлении открытой услуги. Предложенный протокол использует внешнюю службу передачи данных с помощью сигнала E1b для передачи аутентификационных данных потребителю. Аутентификация навигационных сообщений открытой услуги основана на адаптации протокола широковещательной аутентификации сообщений маршрутизации TESLA.

Помимо открытой услуги, в системе Galileo заложена возможность передачи высокоточной эфемеридно-временной информации (ЭВИ) в реальном времени (PPP) и аутентификации навигационного сигнала на коммерческой основе в сигнале E6b. Данный сигнал предназначен для предоставления высокоточной ЭВИ на основе спутниковых данных (орбиты, часы и расхождениях) и данных об атмосфере (в основном атмосферные задержки) с целью реализации многочастотной и многосистемной услуги PPP в сигнале E6b на безвозмездной основе.

Планируемое внедрение в начале 2020 года функции автоматической передачи сообщения обратной связи со спутников Galileo, реализуемой в рамках системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ, позволит использовать КА для поисково-спасательных операций – подающие сигнал бедствия лица получат моментальное уведомление о том, что их сигнал был успешно принят и отслежен. Услуга передачи сообщений позволяет обеспечить обратную связь с поисково-спасательным радиомаяком Galileo, значительно повышая эффективность поисково-спасательных операций. Проведенные масштабные тестирования показали, что среднее время задержки сообщения обратной связи составляет 14,2 секунды, тогда как 99% сообщений доходят в течение 57 секунд после получения запроса от системы КОСПАС-САРСАТ. В то же время, все 100% тестовых сообщений были доставлены, что, учитывая осложненные условия видимости, стало возможным благодаря надежности используемых Galileo каналов передачи навигационных сообщений.

После перепрофилирования услуги с повышенными требованиями по безопасности SoL планируется использование сигналов Galileo в системе функционального дополнения SBAS в двухчастотном многосистемном режиме, а также в перспективных технологиях горизонтального автономного мониторинга целостности в приемнике (H-ARAIM). Применение Galileo в данных системах обеспечения безопасности требует тщательного анализа важнейших потенциальных рисков для пользователей, а также текущих характеристик сигнала в пространстве. В связи с этим осуществляется процесс анализа видов и последствий нарушений целостности путем проведения измерений и пересмотра структуры системы, включая описание потенциальных источников рисков.

 
Наземный сегмент обеспечивает надежность работы системы

В структуре НКУ Galileo завершено развертывание двух полномасштабных дублирующих центров управления, включающих в себя средства обработки и хранения информации, средства мониторинга и управления, а также центры контроля безопасности. Глобальная сеть беззапросных измерительных станций обеспечивает мониторинг спутниковых сигналов; станции закладки данных позволяют передавать навигационные сообщения потребителям с помощью спутников Galileo, а станции слежения, приема телеметрии и передачи управляющих команд осуществляют мониторинг и контроль спутников.

Модернизацию НКУ ведут компании Thales Alenia Space France (в части контура эфемеридно-временного обеспечения и контроля безопасности) и GMV Spain (в части контура управления КА), решая задачу повышения надежности работы сервиса с помощью внедрения более гибкой инфраструктуры с широким применением инновационных технологий, улучшенных систем безопасности, обеспечения бесперебойности в работе сервиса и улучшения технических характеристик и эксплуатационных качеств.

Одной из важнейших целей происходящей модернизации НКУ является внедрение современных объектов инфраструктуры, использующих новейшие технологии виртуализации. Это позволит облегчить процесс обновления программных и вычислительных средств без необходимости внесения проектных изменений, а также снизить влияние на текущее предоставление услуг системой Galileo.

 

Производство третьей партии космических аппаратов и ракеты-носителя Ariane 6

Продолжается производство третьей партии из 12 дополнительных КА серии FOC, планируемых к запуску начиная с конца 2020 года. В их конструкции предусмотрен определенный набор нововведений в сравнении с ранее запущенными 22 КА серии FOC, выпущенными тем же производителем OHB Systems.

На заводе OHB в Бремене уже реализуются различные этапы по сборке, интеграции и предварительному испытанию КА перед отправкой в Европейский Центр космических исследований и технологий Европейского космического агентства (ЕКА) в Нидерландах для проведения ряда тестов в условиях низкотемпературного вакуума, а также испытаний механической устойчивости, проверки интерфейсной совместимости с ракетоносителем и исследований показателей комплексной эффективности связи с элементами НКУ.

Поскольку ракета-носитель (РН) Ariane 5 SE выходит из эксплуатации, третья партия КА будет выведена на орбиту новой РН Ariane 62 – модификацией РН Ariane 6, оснащенной двумя твердотопливными ускорителями.

 

Развитие для соответствия потребностям пользователей

Дорожная карта по развитию системы Galileo второго поколения была концептуально сформирована в 2019 году, а в данный момент находится на этапе предварительного проектирования. В тесном взаимодействии с правительствами стран – членов Европейского Союза (ЕС) Европейская комиссия поставила ряд долгосрочных целей в области КВНО по развитию инфраструктуры европейской ГНСС по результатам мероприятий ЕКА в рамках программы ЕС «Горизонт-2020» (Восьмая рамочная программа ЕС по развитию научных исследований и технологий) и исследований рынка, подготовленных Европейским агентством по ГНСС.

В настоящее время проводятся предпроектные исследования, важнейшие опытно-конструкторские работы и работы по налаживанию структурного взаимодействия между космическим и наземным сегментами. Это позволит постепенно создать целостный комплекс обновленной космической и наземной инфраструктуры, настроенной под разнообразие запросов пользователей в четырех основных направлениях:

  • Адаптивность космической и наземной инфраструктур в отношении текущих и перспективных потребностей пользователей. Основными факторами успеха являются многофункциональность и отказоустойчивость работы систем, а также сокращение времени между разработкой и выходом на рынок;
  • Взаимодействие между инфраструктурами ГНСС и SBAS в целях дополнения и расширения спектра предлагаемых услуг, что позволит добиться сегментации и взаимодополняемости услуг в сферах с повышенными требованиями по безопасности, а также предоставлять все новейшие существующие на данный момент услуги по КВНО, включая обеспечение целостности навигационного сообщения при высокоточном местоопределении;
  • Повышение уровня интеграции наземных систем со стандартами сетевой связи 5G/6G, навигацией по непредназначенным для этого радиосигналам и радиомаячными системами. Так, ЕКА и Европейское агентство по ГНСС руководят процессом по стандартизации услуги местоопределения с помощью 5G совместно с заинтересованными правительственными и неправительственными организациями в рамках консорциума 3GPP и вскоре приступят к началу стандартизации услуги наземного местоопределения с помощью 6G и технологий взаимодействия ГНСС;
  • Полная взаимодополняемость с внешними датчиками (такими как гироскопы и акселерометры для инерциальной навигации, барометры и лидары) и интегрированность в пользовательские архитектуры (энергоэффективные устройства и интернет вещей) с тем, чтобы инфраструктура системы Galileo второго поколения расширяла и дополняла возможности данных средств.

Основой данной долгосрочной стратегии служат спутники Galileo следующего поколения. Тендер на закупки первой партии таких спутников будет проведен в 2020 году. Многофункциональность и отказоустойчивость этих спутников позволят удовлетворить любые потребности пользователей европейской системы КВНО в следующем десятилетии. Закупка данных спутников, а также все будущие изменения в наземном сегменте в технологических и системных процессах позволят приступить к орбитальным испытаниям спутников второго поколения с 2025 года.

Дополнительные решения в области наземной испытательной инфраструктуры находятся на ранних стадиях НИОКР в целях перехода в начале 2020-х гг. к закупкам для экспериментальных и эксплуатационных задач.

Хавьер Бенедикт

Начальник Департамента развития программы Galileo

Европейское космическое агентство

Источники:

https://www.glonass-iac.ru/content/news/?ELEMENT_ID=2381

https://www.gpsworld.com/directions-2020-galileo-moves-ahead/