Česky English

Úvodní stránka GNSS systémy GALILEO Komponenty systému Galileo GALILEO signály a příjímače

GALILEO signály a příjímače

Galileo signály

Signály vysílané GALILEO družicemi budou zachycovány GALILEO přijímači a budou zpracovávány pro následný výpočet polohy. Během tohoto procesu přijímače mimo jiné získávají informace vedoucí k zjištění vzdálenosti uživatele od družice.

Přijímače také dekódují navigační Galileo data, které obsahují základní informace nezbytné pro výpočet polohy uživatele. Příkladem těchto informací může být poloha družice nebo chyby chodu družicových hodin přesně určené pozemním Galileo segmentem (pravidelně přenášené ze Země všem Galileo družicím). Družice využívají frekvence v rozmezí od 1.1 do 1.6 GHz. Jedná se o frekvenční pásmo obzvláště vhodné pro mobilní navigaci a komunikační služby. Díky tomu, že každá Galileo družice bude vysílat 10 různých navigačních signálů, Galileo systém bude moci nabídnout pět různých druhů služeb: Základní službu (Open Service - OS), Komerční službu (Commercial Service - CS), Službu "kritickou" z hlediska bezpečnosti (Safety of Life service - SoL), Vyhledávací a záchrannou službu (Search And Rescue service - SAR), Veřejně regulovanou službu (Public Regulated Service - PRS).

Rozlišují se signály obsahující navigační data (datové kanály, data channels) a signály, které nenesou žádná data (pilotní kanály, pilot channels). Ve schématu je tento fakt zvýrazněn tím, že datové kanály a pilotní kanály jsou nakresleny ve dvou navzájem kolmých rovinách (je to pomůcka pro vyjádření skutečnosti, že datové a pilotní kanály jsou fázově vůči sobě posunuty o 90°, což umožňuje přijímat je odděleně).

Galileo kódy

Všechny družice vysílají na stejných frekvencích, to znamená že Galileo signál L1 je vysílán na 1575.42 MHz z každé družice. Proto se pomocí modulace k signálu přidává kód, díky němuž přijímače pak rozpoznají od které družice signály přicházejí. Pomocí kódu se také měří doba za kterou signál urazil vzdálenost mezi danou družicí a přijímačem (toto je základní měření využívané pro zjištění polohy přijímače). Kód je originální pro každou družici a jeho struktura je jedním z důležitých aspektů pro vytvoření kvalitního družicového navigačního systému.

Kód se dá přirovnat ke klíči. Již bylo řečeno, že při identifikaci družicového signálu přijímačem se porovnává přijatý kód signálu s přesnou kopií signálu ("originální") uloženého v přijímači. Pokud si kódy odpovídají, přijímací kanál je "otevřený", neboli došlo k identifikaci družice. V opačném případě přijímač zkouší přijatý kód porovnávat s kódem jiné družice tak dlouho, dokud neuspěje.

Všechny části kódu si nicméně nemusí přesně odpovídat. Je dostačující, aby přijaté kódy a kódy z přijímače byly do určité míry podobné. To znamená, že čím složitější klíče (delší kódy), tím je těžší záměna klíčů (kódů) a tím i záměna družic. Proto je potřeba hledat kompromis mezi jistotou identifikace signálu a dobou identifikace, neboli mezi příliš dlouhým a krátkým kódem.

Galileo signály - proč jich bude tolik?

Jednotná délka kódů (délka kódů má tedy přímý dopad na čekací dobu pro určení polohy) nemohla uspokojit všechny uživatele. Nepohybujícímu uživateli v budově by vyhovovaly dlouhé kódy, zatímco rychle se pohybující uživatel mimo budovu by preferoval krátké kódy. Tento problém se nakonec vyřešil tím, že se vytvořilo více různých kódů s rozdílnými vlastnostmi na více frekvencích.

GPS systém v současné době používá pouze dvě základní frekvence, v tomto má zatím Galileo navrch. Nicméně již je realizován modernizační GPS projekt, který bude mít za následek zvětšení počtu GPS signálů.

Odhad ionosférické chyby přijímačem je jedním z dalších důvodů, proč Galileo využívá tolik signálů. Ionosférická chyba vzniká zpožděním navigačních signálů při průchodu ionosférou. Proto kombinováním měření o dvou různých frekvencích (od jedné družice) je možné dostat jiné "měření", ve kterém je vliv ionosféry odstraněn. Odstranění vlivu ionosféry je tím účinnější, čím větší je rozdíl mezi hodnotami frekvencí. Proto jsou Galileo služby realizovány minimálně pomocí dvou signálů.

Druhy signálů

  • Základní služba (OS) je postavena na využití signálů  na nosné vlně L1 a E5a  a E5b (signály datové i pilotní). Je zde možnost několika kombinací, jako například  dvoufrekvenční služba založená na využití L1 a E5a (pro nejlepší odstranění ionosférické chyby) anebo jednofrekvenční služba (využívající L1, E5a, E5b nebo E5a a E5b dohromady), kde je ionosférická chyba eliminována pomocí modelu, anebo dokonce trojfrekvenční služby využívající všechny signály dohromady (L1, E5a and E5b), které mohou být použity pro přesné "centimetrové" určování polohy. Je samozřejmé, že záleží hlavně na přijímači, zda je schopen přijímat více signálů o dané frekvenci najednou.
  • Služba "kritická" z hlediska bezpečnosti (SoL) využívá stejné signály jako OS, a navíc využívá data "o integritě" ve speciálních zprávách  přenášené pomocí signálů základní služby. Zprávy jsou v podstatě datovým kanálem, který je integrován pomocí modulace do signálů OS.
  • Komerční služba (CS) je realizována pomocí dalších dvou signálů o hlavní frekvenci 1278.75 MHz a komerčních dat přenášené opět pomocí signálů OS.
  • Veřejně regulovaná služba (PRS) je realizována dvěma signály o frekvencích 1575.42 MHz a 1278.75 MHz. Signály jsou kódovány, což umožňuje zavedení účinné kontroly přístupu.
  •  

Obr. Srovnání jednotlivých typů signálů 

 

 "Osobitá" podoba signálního spektra je důsledek speciální modulace přijaté pro Galileo. Modulace byla zvolena tak, aby se vyhnulo interferencím s ostatními družicovými navigačními systémy ve stejném pásmu, což je případ L1 (frekvence GPS). Modulace má název BOC(1,1), což znamená Binary Offset Carrier of rate (1,1). Tento druh modulace umožňuje GPS a Galileo signálům  využívat stejné frekvence bez vzájemné interference.

GALILEO přijímače

Globální družicový navigační systém Galileo bude využívat mnoho nových metod a technologií a proto bude poskytovat mimořádný výkon při vysoké spolehlivosti. Vývoj hi-tech přijímačů, které budou v budoucnu využívat Galileo systém, stále pokračuje, nicméně je již hotov první prototyp.

Byly vytvořeny tři hlavní směry vývoje přijímačů v rámci Galileo programu, zaměřující se na rozdílné potřeby během vývoje systému a pokrývající široký rozsah budoucích signálů a služeb. Jedná se o tyto tři druhy přijímačů:

  • testovací přijímače pro uživatele
  • přijímače pro signály, vysílané prvními experimentálními satelity
  • přijímače pro Snímací stanice

 

 Testovací přijímače pro uživatele

Tyto přijímače budou využívány pro ověřování funkčnosti systému a experimentování se signály. V současné době existují dvě vývojové větve, jejichž cílem je co nejlepší přesnost a spolehlivost zařízení. Mezi testovací přijímače pro budoucí uživatele patří:

  • testovací přijímač pro OS, CS a SoL službu
  • testovací přijímač pro PRS službu
  • testovací vysílač pro SAR službu
  • přístroje pro podporu testování, jako například simulátor družicové konstelace

 

Součástí přijímačů je vysoce přizpůsobivý software, který umožňuje „naprogramovat“ 14 různých typů přijímačů. Přijímače jsou schopny simulovat různé třídy přijímačů a zajišťovat rozmanitá vnitřní měření (pokud se propojí s laptopem, na kterém běží subsystémová analýza).

Přijímače pro signály, vysílané prvními satelity

Přijímače tohoto druhu budou přijímat (pravděpodobně již přijímají) signály vysílané od prvních experimentálních družic (GIOVE-A a GIOVE-B). Budou sloužit jako prvotní referenční přijímače pro snímací stanice (Galileo Sensor Stations, GSS) a také se využijí jako experimentální přijímače při testování v terénu.

Přijímače pro snímací (referenční) stanice

Snímací stanice se v anglickém originále nazývají Galileo Sensor Stations, GSS. Dohromady se však také dají nazvat jako Galileo receiver chain.

GSS budou vybaveny vysoce výkonnými a spolehlivými přijímači. GSS dále budou zajišťovat měření dat pro centrální zpracující středisko, které bude na základě těchto dat určovat integritu systému, orbitální dráhy družic a synchronizaci času.

 




RSS kanál  |  XML Sitemap  |  Mapa webu  |  Redakční systém WebRedakce - NETservis s.r.o. © 2017

2015 Odbor ITS, kosmických aktivit a VaVaI 

Background image ©ESA - P.Carril