Συμβατότητα GNSS. Πλήθος δορυφόρων, γεωμετρία, θόρυβος σήματος.

Η αρχή έγινε με το σύστημα GNSS, GPS. Από το 1995 που ξεκίνησε η πλήρης λειτουργία του συστήματος ακολούθησαν οι εξής 2 σημαντικές εξελίξεις:

• Εξαιρετική εξέλιξη της τεχνολογίας GPS και δημιουργία νέων αγορών. Σήμερα, υπολογίζεται ότι στην παγκόσμια αγορά υπάρχουν περίπου 1 δις δέκτες GPS
• Αναγγελία και υλοποίηση 3 επιπλέον GNSS συστημάτων, 2 τοπικών δορυφορικών συστημάτων και πλήθος δορυφορικών συστημάτων που λειτουργούν προσθετικά στο σήμα των δορυφόρων GPS (WAAS, EGNOS, MSAS)

Σήμερα, υπάρχουν διαθέσιμοι περίπου 60 δορυφόροι σε λειτουργία διαφόρων συστημάτων (GPS, GLONASS, GALILEO, WAAS, EGNOS, MSAS, COMPASS) που εκπέμπουν ποικιλία σημάτων σε πολλές συχνότητες. Στην επόμενη πενταετία θα ξεπεράσουν τους 90 με ανάλογη αύξηση των σημάτων και των συχνοτήτων.

Εκ πρώτης όψεως, οι παραπάνω εξελίξεις μάλλον θετικές δείχνουν. Όμως, μια πιο προσεχτική ματιά δημιουργεί ανησυχίες σχετικά με την ικανότητα των δεκτών GPS να προσαρμοστούν στα νέα δεδομένα πολλών σημάτων, πολλών συχνοτήτων και θορύβου στις συχνότητες εκπομπής.

Σύγχρονες μελέτες έχουν δείξει ότι σε περιπτώσεις όπου τρία ή περισσότερα συστήματα GNSS που λειτουργούν στην ίδια μπάντα μπορεί να δημιουργήσουν το εξής πρόβλημα: μεγάλο πλήθος δορυφορικών σημάτων πιθανότατα θα αυξήσει το κατώφλι θορύβου στην μπάντα εκπομπής το οποίο πρέπει να ξεπεράσουν οι δέκτες GPS ώστε να δώσουν τις επιθυμητές ακρίβειες.

Διάγραμμα 1.

Το διάγραμμα 1., που παρουσιάστηκε στο συνέδριο Stanford PNT τον προηγούμενο Νοέμβρη από τον κο. Gunter Hein, επικεφαλής του Galileo Operations and Evolution Department of the European Space Agency (ESA). Συνοψίζει τα αποτελέσματα ανάλυσης του πλήθους των δορυφόρων σε σχέση με τη γεωμετρία αυτών (DOP) και του θορύβου RF από τις εκπομπές τους στη συχνότητα L1.

Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η χρυσή τομή βρίσκεται σε ένα πλήθος περίπου 70 δορυφόρων. Μια κατάσταση που θα συμβεί σε ένα χρόνο περίπου.

Διάγραμμα 2.

Το διάγραμμα 2 παρουσιάστηκε από τον κο. Matteo Paonni στην 5η συνάντηση της Διεθνής Επιτροπής GNSS (ICG-5) στο Τορίνο της Ιταλίας τον προηγούμενο Σεπτέμβριο. Ο κο. Matteo Paonni είναι ερευνητής του Institute of Geodesy and Navigation του Πανεπιστημίου Federal Armed Forces Μονάχου, Γερμανίας. Βασίζεται σε προσομοιώσεις ψηφιακών εκπομπών με την ανάλογη μετάθεση πάνω στις συχνότητες που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον από τους δορυφόρους GNSS και παρουσιάζει τα αθροιστικά αποτελέσματα των παρεμβολών από τις εκπομπές.

Δεν πρόκειται για μια θεωρητική μελέτη αλλά για πραγματικά δεδομένα που αφορούν τη συχνότητα L1 (1575.42MHz) όπου εκπέμπουν και θα εκπέμψουν στο μέλλον τα συστήματα GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS, QZSS (Ιαπωνικό τοπικό σύστημα), και τα συστήματα WAAS, EGNOS, MSAS και τη συχνότητα L5 (1176.45ΜHz) όπου τα παραπάνω συστήματα θα εκπέμψουν μαζί με το Ινδικό τοπικό δορυφορικό σύστημα εντοπισμού (IRNSS)
Μήπως τελικά ισχύει η βιβλική ρύση «ουκ εν τω πολλω το ευ»; Φαίνεται ότι πέραν των απαραίτητων συμφωνιών μεταξύ των κατασκευαστών σχετικά με τις συχνότητες εκπομπής των δορυφόρων πρέπει να διασφαλιστεί και η τεχνική ικανότητα των δεκτών να λαμβάνουν τις εκπομπές σε ένα ιδιαίτερα «θορυβώδες» περιβάλλον.

Εδώ μπαίνουν τεχνικές όπως διαμόρφωση του σήματος, κωδικοποίηση, εύρος εκπομπής, ορθή δόμηση του κώδικα σήματος, ορθός συγχρονισμός και σωστός σχεδιασμός των τροχιών. Όλα τα παραπάνω θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και στην κατασκευή των δεκτών GPS.

Για το λόγo αυτό, έχουν ξεκινήσει διμερείς επαφές μεταξύ της Ευρωπαϊκής Εταιρείας Διαστήματος και των ΗΠΑ αποτέλεσμα των οποίων ήταν η συμφωνία του 2004 σχετικά με τη συμβατότητα των δύο συστημάτων. Σύμφωνα με εκτίμηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το 80% των δεκτών θα είναι απόλυτα συμβατοί με τα δυο συστήματα (GPS, GALILEO).

Ομοίως, αντίστοιχες επαφές έχουν ξεκινήσει μεταξύ των ΗΠΑ και της Ιαπωνίας για τη συμβατότητα των GPS και QZSS. Σπουδαίο ρόλο έχει παίξει και η προσπάθεια των Ηνωμένων Εθνών να βάλει το ίδιο τραπέζι όλους τους παίχτες με σκοπό να βγει μια κοινή συνισταμένη.

Σε επίπεδο δεκτών, οι κατασκευαστές θα πρέπει να επιλύσουν ζητήματα σχετικά με τις κεραίες λήψης, RF front-end, παράλληλα κανάλια λήψης, συσχετισμούς καθώς και ζητήματα λογισμικών των δεκτών (firmware) ώστε αυτά να μπορούν να διακρίνουν, ταξινομούν και να αξιοποιούν τα «θορυβώδη» σήματα.

Μένει να δούμε στο άμεσο μέλλον τις νέες καινοτομίες και τεχνικές των κατασκευαστών ώστε όχι μόνο να μπορέσουν να εκμεταλλευτούν την πλεονάζουσα μεν, πιο δυσδιάκριτη δε, πληροφορία αλλά και τη δυνατότητα των υφιστάμενων προϊόντων τους να λειτουργήσουν αποδοτικά κάτω από ένα νέο περιβάλλον όπως αυτό διαμορφώνεται καθώς αυξάνει το πλήθος των δορυφόρων GNSS.